在常温、高真空条件下，采用高纯金属镁靶和 V2O5靶进行共溅射，利用镁原子的还原性，将＋5价的钒还原为＋4价，在硅衬底上制备钒的氧化物薄膜。当 Mg和 V的原子比为 1:2时，XPS测试表明薄膜中有 V4＋和 V2＋存在。X射线衍射结果显示，制备的薄膜主要成分是 MgV2O5，且结晶状况良好。温度-电阻率测试结果显示，薄膜在 20℃附近有相变行为，电阻温度系数高达－8.6%/K，回线弛豫温度约为 0.3℃，负温度系数热敏电阻材料常数高达 6700。这一发现为制备非制冷焦平面探测用的热敏薄膜材料提供了新的思路。

We report the unexpectedly excellent dielectric properties of amorphous thin films with compositions in the Bi–Ti–O system. Films were deposited by RF magnetron reactive co-sputtering. In the composition range of 0.5 < x < 0.7, amorphous Bi1−xTixOy exhibits excellent dielectric properties, with a high dielectric constant, 𝜀r∼ 53, and a dissipation factor as low as tan δ = 0.007. The corresponding maximum breakdown field reaches ∼1.6 MV/cm, yielding a maximum stored charge per unit area of up to 8 μC/cm². This work demonstrates the potential of amorphous Bi–Ti–O as a high-performance thin-film dielectric material that is compatible with high-performance integrated circuits.We report the unexpectedly excellent dielectric properties of amorphous thin films with compositions in the Bi–Ti–O system. Films were deposited by RF magnetron reactive co-sputtering. In the composition range of 0.5 < x < 0.7, amorphous Bi1−xTixOy exhibits excellent dielectric properties, with a high dielectric constant, 𝜀r∼ 53, and a dissipation factor as low as tan δ = 0.007. The corresponding maximum breakdown field reaches ∼1.6 MV/cm, yielding a maximum stored charge per unit area of up to 8 μC/cm². This work demonstrates the potential of amorphous Bi–Ti–O as a high-performance thin-film dielectric material that is compatible with high-performance integrated circuits.

采用双靶共溅射的方法制备了光电性能较好的掺Al氧化锌(AZO)薄膜,利用X射线衍射仪、霍尔测试仪、SEM等多种技术手段研究了不同的Al溅射功率和快速退火条件对AZO薄膜的影响,发现AZO薄膜在Al溅射功率为15W、退火温度为400℃时性能最佳。当Al溅射功率为15W时,其电阻率最低为6.552×10-4Ω·cm,可见光波段(400~700nm)平均透过率超过92%。随着Al溅射功率的增大,可见光波段的透过率逐渐减小,红外波段(2.5~20μm)的透过率逐渐增大,最大为40%。

为研制真空紫外与极紫外波段Al基薄膜光学元件,详细研究了Al基薄膜的应力特性及其优化方法。利用应力实时测量装置对共溅射技术制备的5种不同Si掺杂质量分数(0、8.97%、16.49%、28.46%、45.73%)的Al-Si复合薄膜进行应力测试,并采用X射线衍射法表征薄膜的结晶状态。结果表明:Al薄膜中的应力表现为压应力,随着Si在Al中掺杂量的增加,Al中的压应力减小,并且Al的结晶度降低,Al(111)晶向的晶粒尺寸也减小,Al的结晶被抑制;当Si的掺杂质量分数从18.63%增大到31.57%时,Al中的压应力转变为张应力,且张应力随Si掺杂量的增加而进一步增大。本研究为制备Al基滤片、单层膜和多层膜元件提供了技术支撑,在极紫外光刻、同步辐射和天文观测领域具有重要的应用价值。

采用共溅射法结合后硒化成功制备出CZTSSe薄膜, 主要研究了不同的硒化温度对CZTSSe薄膜与电池性能的影响。分别采用X射线衍射仪、拉曼光谱仪、扫描电子显微镜、紫外-可见-近红外分光光度计、霍尔效应测量仪及数字电源表对不同硒化温度下制备的CZTSSe薄膜的结构、形貌、光电与太阳电池性能进行了表征与分析。结果表明, 当硒化温度为580 ℃时, CZTSSe薄膜的结晶性最好, 薄膜表面均匀致密且其电阻率和载流子浓度达到最小值和最大值, 分别为1.57 Ω·cm和8.2×1017 cm-3, 该硒化温度下制备得到的CZTSSe太阳电池的短路电流和转换效率最高达到30.68 mA/cm2和5.17％。相对于550 ℃和600 ℃硒化温度下的CZTSSe太阳电池, 其光电转换效率分别提高了36％和6％。另外, 随着硒化温度的升高, CZTSSe薄膜在XRD中的(112)峰位和Raman中的A1模式振动峰位都向小衍射角和短波数方向移动, 薄膜的禁带宽度也从1.26 eV减小至1.21 eV。

NiC/Ti中子超镜是一种高性能的中子多层膜光学元件,NiC纳米薄膜的制作是实现NiC/Ti多层膜的关键技术。基于Ni和C的直流磁控溅射方法,提出了一种NiC联合溅射靶材的实现方法,并制作了NiC单层膜样品。X射线光电子能谱的测量结果表明:用联合溅射靶材制作的NiC薄膜中Ni和C的原子数比与理论预期相吻合;基于X射线光电子能谱测试得到的Ni、C原子数比,通过构建Ni86C14的模型,可以很好地对掠入射X射线反射测试结果进行理论拟合。该研究可为进一步开展NiC/Ti中子超镜的制作提供参考。

多晶硅在光电子器件领域具有较为重要的用途。 利用磁控溅射镀膜系统, 通过共溅射技术在玻璃衬底上制备了非晶硅铝（α-Si/Al）复合膜, 将Al原子团包覆在α-Si基质中, 膜中的Al含量可通过Al和Si的溅射功率比来调节。 复合膜于N2气氛中进行350 ℃, 10 min快速退火处理, 制备出了多晶硅薄膜。 利用X射线衍射仪、 拉曼光谱仪和紫外-可见光-近红外分光光度计对多晶硅薄膜的性能进行表征, 研究了Al含量对多晶硅薄膜性能的影响。 结果表明: 共溅射法制备的α-Si/Al复合膜在低温光热退火下晶化为晶粒分布均匀的多晶硅薄膜; 随着膜中Al含量逐渐增加, 多晶硅薄膜的晶化率、 晶粒尺寸逐渐增加, 带隙则逐渐降低; Al/Si溅射功率比为0.1时可获得纳米晶硅薄膜, Al/Si溅射功率比为0.3时得到晶化率较高的多晶硅薄膜, 通过Al含量的调节可实现多晶硅薄膜的晶化率、 晶粒尺寸及带隙的可控。

采用离子束辅助磁控溅射方法沉积出了纳米晶LaNiAl膜和纳米晶渗氦LaNiAl膜(膜厚约10 μm), 通过调节Ar-He气氛的比例可控制纳米晶膜中的含氦量(He/LaNiAl的原子分数5.7%~13.8%), 通过该方法引入到LaNiAl金属薄膜中的氦量远高于采用球磨法制备的纳米LaNiAl粉中的含氦量。研究结果表明: 渗氦LaNiAl膜中的氦含量(原子分数)可达139%, 氦在膜的深度方向分布均匀;热解析分析恒温条件下沉积的渗氦膜的起始释放温度为848 K, 最高释放温度为1407 K, 主释放峰为1080 K, 初步确定了氦主要是以团簇的形式存在于在纳米晶膜中。

为了解决VO2薄膜掺杂后相变温度高，相变前后红外透射率差值减小等问题，利用磁控共溅射的方法，在普通玻璃基底上溅射沉积钨钒薄膜，再在常压氮氧混合气氛中退火，制备了性能良好的掺钨VO2薄膜。分析对比了不同混合气氛中氧化生成的钨掺杂VO2薄膜的组分和结构，发现VO2有明显的(011)和(200)生长取向，并且随着混合气氛中氧含量的增加，薄膜颗粒大小从50 nm增大到80 nm。钨掺杂VO2薄膜的相变温度下降到31 ℃，相变前后红外透射率差值为41%。结果表明通过高效的钨掺杂可以降低VO2薄膜的相变温度，改善红外区域的透射光谱特性，减小钨掺杂带来的透射率损失。