一、〈101〉取向织构氮化铝薄膜的制备研究(论文文献综述)
冯锦聪[1](2021)在《柔性外延ZnO薄膜的压电特性研究》文中进行了进一步梳理随着5G时代的到来,物联网技术飞速发展,各种新兴科技如雨后春笋般冒出来,可穿戴电子设备便是其中之一。在资本和未来流行趋势的推动下,可穿戴技术的潜力巨大,对于检测人类活动和个人身体健康有重要意义。其中柔性传感器是可穿戴电子设备的核心部件。本文以柔性压电传感器为应用研究背景,以柔性传感器上的压电氧化锌(ZnO)材料的压电特性为研究对象,在柔性哈氏合金衬底(Hastelloy-C276)上制备了 ZnO压电传感器。柔性电极是传感器的主要部件,它的导电性直接影响了传感器的性能,而在柔性器件中厚度是影响其使用寿命的重要因素之一。因此,本文通过外延生长技术在柔性Hastelloy衬底上制备了超薄掺铝氧化锌(AZO)电极和具有线性压电响应的超薄ZnO压电器件。本论文主要研究内容和结果如下:1.采用射频磁控溅射法在柔性哈氏合金衬底上制备超薄、高导电性、单晶、机械耐用的AZO电极。在MgO上外延AZO电极会沿AZO极轴产生拉伸的外延应变。通过改变薄膜AZO电极的厚度,可以调节外延应变。随着外延应变的增加,载流子浓度在1021-1023 cm-3范围内逐渐增大,形成高导电的AZO电极。厚的AZO电极(532nm)的电阻率约为~166 μΩ·cm,这与各种衬底上AZO电极的主流值相当。超薄的AZO电极(~28nm)实现了~22μΩ·cm的超低电阻率,超过了大多数在刚性玻璃和柔性材料上制备的AZO电极,更重要的是,在~1.5 cm的弯曲半径下经过1000次弯曲试验后,其仍然具有稳定性,很好地满足了柔性显示器和太阳能电池的要求。此外,使用柔性哈氏合金作为衬底,可实现大规模的卷对卷生产和曲面应用。2.在具有MgO缓冲层的柔性哈氏合金衬底上制备了具有线性压电响应的AZO/ZnO/AZO薄膜压电器件,并通过实验验证了用外延应变调谐d33的模型。ZnO薄膜具有良好的线性压电响应特性,有望实现高精度定位器。外延样品的压电常数d33为12.2±0.3 pm/V,比纤维织构样品的6.6±0.2pm/V提高了约85%。测得外延样品的织构散布角△θ和△Φ分别为~2.12°和~5.84°,而在纤维织构样品中分别为~9.41°和∞,这可能是压电响应差异的原因。然而,计算表明ΔΦ和△θ的影响可以忽略。对于一般ZnO(002)薄膜,优化的织构对d33的改善贡献最大为7.4%,在我们的实验中小于1%。相反,与无应变的纤维织构样品相比,外延样品中检测到的压缩面内应变才是改善的原因。3.在具有CeO2缓冲层的柔性哈氏合金衬底上外延生长了具有线性压电响应的AZO/ZnO/AZO薄膜压电器件,并通过改变ZnO薄膜厚度来调节外延应变,发现较薄的样品表现出更高的压电输出,证明了外延应力对压电响应的直接影响。在哈氏合金衬底上制备的超薄压电ZnO薄膜传感器解决了低膜厚和高压电响应之间的矛盾,为低成本、大规模生产高性能柔性ZnO传感器铺平了道路。
程建军[2](2021)在《氧掺杂AlN薄膜结构与性能研究》文中指出氮化铝(AlN)薄膜材料作为一种重要的Ⅲ-Ⅴ族化合物,具有高声表面波速度、高压电系数以及良好的化学稳定性等优点,使得AlN压电薄膜在高频声表面波器件领域备受关注。在AlN薄膜的制备过程中薄膜对氧元素极其敏感,很少的氧杂质即可对AlN薄膜结构与性能产生巨大的影响。本文主要围绕AlN压电薄膜在较高背底真空下的掺杂以及薄膜取向开展研究。论文中使用大连理工大学物理学院三束材料改性实验室自主研发的MW-ECR射频非平衡磁控溅射设备采用两种方式制备了氧掺杂AlN薄膜,一种是单层氧掺杂,即氧气只在AlN薄膜制备的前阶段参与反应,改变氧气的掺杂时间;第二种方式是多层氧掺杂,即将AlN薄膜制备过程分为五个时间相同的阶段,改变氧气在每个阶段的掺杂时间。并利用X射线衍射仪(XRD)、光致发光荧光光谱仪(PL)、紫外近红外透射光谱仪、傅里叶红外光谱仪(FT-IR)手段对氧掺杂AlN薄膜做了结构与性能表征。实验结果表明:单层氧掺杂方法制备的AlN薄膜,其择优取向与缺陷种类有重要关系,较短的氧掺杂时间,AlN薄膜沿(002)晶面择优生长,单体缺陷与复合缺陷数量相当;较长的氧掺杂时间AlN薄膜沿(100)晶面择优生长,单体缺陷远少于复合缺陷。而多层氧掺杂时间改变对AlN薄膜择优取向无明显的影响,随着氧掺杂时间的增加,出现了AlN(100)晶面但没有择优,(002)晶面保持择优但结晶质量在下降。增加氧掺杂时间,两种AlN薄膜的氧相关缺陷发光都得到了增强,且增强最大的波长主要集中在500 nm-600 nm之间,以一种单体缺陷向复合缺陷融合的模型做了阐述。在增加氧掺杂时间的过程中,单层氧掺杂手段制备的AlN薄膜在波长300nm的透射率要大于未进行氧掺杂AlN薄膜的透射率,从键能的角度进行了分析,且伴随着禁带宽度的变化;而多层氧掺杂手段制备的AlN薄膜在波长300nm的透射率极要小于未进行氧掺杂AlN薄膜的透射率,从键能的角度进行了分析,同样伴随着禁带宽度的变化。傅里叶—近红外光谱表明两种氧掺杂手段制备的AlN薄膜都具有Al—N吸收峰,并且随着氧掺杂时间的增加出现了由内应力所带来的峰位“蓝移”,表明制备的AlN薄膜较为致密。
赵洋[3](2021)在《碳纳米管-碲化铋复合热电薄膜材料与器件的制备和性能研究》文中认为热电材料可以将热能和电能直接进行转化,并且受换能体系规模的影响较小,在小型电子设备冷却、废热发电和微型传感器等方面具有重要的应用前景。特别是对于发展非常迅速的可穿戴和柔性电子产品,热电材料可以利用皮肤与环境的温差进行发电或对温度等信息进行实时监测。新的应用需求促使热电材料与器件的研究方向逐渐趋向于柔性化、微型化和高密度集成化等方面。热电薄膜材料相较于传统的块体热电材料,更容易实现柔性化和微型化,并且可以通过微观结构调控来进一步提升其热电性能,正在逐步成为本领域的研究热点。本论文从热电材料与器件性能表征和加工技术平台的设计与构建开始,对碳纳米管-碲化铋复合薄膜材料设计、制备和性能优化开展研究,针对柔性微型热电薄膜器件的设计与制备,逐步深入地对碳纳米管基复合材料和器件进行了深入和系统地研究。解决了在薄膜热电材料研究工作中的热导率表征、材料加工、界面性能优化和薄膜器件制备等多个难题。可作为薄膜热电材料的一个系统性的参考研究方案。取得的主要成果如下:1.基于3ω瞬态热流法和稳态氮化硅悬臂法这两种测量薄膜材料热导率的方法,针对所研究的碳纳米管-碲化铋复合薄膜材料体系,开发了两套完整的薄膜材料热导率表征平台,研发了高精度氮化硅物理掩膜板和自支撑薄膜样品转移方法等样品制备的技术手段。相关工作获得了授权发明专利一项和实用新型专利四项。2.设计和构建飞秒激光微纳加工系统。本工作自主搭建了一套飞秒激光加工及转移系统,实现对热电薄膜材料的三维加工和转移,为之后的材料性能研究和微型器件的研究奠定了扎实基础,相关工作获得了授权发明专利一项和实用新型专利两项,发表SCI论文四篇。3.利用磁控溅射制备了不同两相体积比的碳纳米管-碲化铋复合薄膜,研究其热电性能随体积比变化的规律发现:在沉积过程初期,碲化铋和碳纳米管均对复合薄膜的热电性能有贡献。碳纳米管作为传输主体,碳纳米管-碲化铋两相界面对性能的影响尤为突出。随着沉积量的不断增加,碲化铋对总热电性能的贡献逐渐占据主导地位。此时,两相对复合膜性能的贡献更接近于“并联”的关系。4.进一步利用等离子体对碳纳米管薄膜进行表面预处理,探究两相界面对复合膜性能的影响机制,进而对复合膜的两相界面进行改性来提升热电性能。等离子体处理后,复合膜的界面变得较为粗糙,而声子在粗糙的界面会产生漫反射,使预处理后的样品相对于未处理样品声子传热效率大幅降低,该界面的变化对其载流子的输运影响不大,进而实现了在该材料体系中的声-电解耦传输,复合薄膜的热电性能获得了约50%的提升。5.在对材料结构和性能优化的基础上,进行微型器件的设计与制备,针对热电薄膜材料的面内最佳性能方向和实际应用场景中常见的面外温差方向之间的矛盾,提出了悬空自支撑式和PDMS柔性变形基底两种设计方案,制备了两种微型热电薄膜器件,并对其热电转化性能进行表征。自支撑悬空热电器件为平面结构的微型薄膜热电器件,发电方面:该热电材料在ΔTg达到20K时,该器件的开路电压为15mV,并伴随~60 μA的短路电流。Pgmax最大可达0.225μW。制冷方面:该热电器件在室温环境可以获得约7.5度的制冷温差,300K时可提供~89 μW的最大冷却功率。PDMS柔性变形基底热电薄膜器件为可变形的柔性器件,通过预置拉伸PDMS将二维的柔性材料转变为三维拱形的热电器件,实现柔性微型热电薄膜器件的制作。在热台温度为50度的大气环境中,该器件开路电压为0.4 mV,初步满足传感器的需求,需进一步提升温差和电极连接方案,以获得更高的性能。
蔡宏中[4](2021)在《化学气相沉积钽涂层工艺、成膜规律及耐蚀性能研究》文中提出难熔金属钽以其优异的耐蚀性能,成为武器装备、生物医药、核工业及新能源等领域广泛应用的关键耐腐蚀材料之一。然而,钽在制备过程中易存在较大的织构择优取向,导致局部优先腐蚀,造成涂层快速失效,对在极强腐蚀介质环境下服役的钽埋下了安全隐患。针对这一问题,本文利用热力学解析和分子动力学计算方法,明确化学气相沉积(CVD)钽涂层的沉积行为;采用第一性原理计算,阐明涂层的晶面取向对表面活性的影响规律;通过实验研究,获得等离子刻蚀参数对CVD钽涂层的精细结构、表面状态与耐蚀性的内在作用机制;最终,结合理论计算和实验测试结果,确定涂层的结构特性、电化学特性和原子位置交互输运过程,揭示钽涂层表面微观结构的热动力学空位调控机制。获得以下研究结论:基于热力学理论计算,确定了沉积过程中TaCl5的临界反应温度为881℃,并发现随着反应温度的增加吉布斯自由能逐渐减小,当温度大于881℃时,才能发生TaCl5的分解反应;分子动力学模拟表明,沉积温度升高,薄膜的空位减少,涂层质量提高;氯气流量增加,表面粗糙度提高,但是空位增多,薄膜质量降低;依据分子动力学模拟结果,确定了适合于钽涂层沉积的工艺参数范围为:沉积温度1100-1300℃,原子入射能为0.3-0.5 e V,入射角度为0°-10°。通过钽涂层微观组织结构分析,涂层表面形貌呈金字塔状结构,涂层晶粒随沉积温度升高而增大,而晶粒尺寸变化范围呈现越来越小的趋势;当沉积温度为1000℃时,涂层的硬度和致密度最优,分别为245.02 HV和99.85%;采用CVD制备的钽涂层存在明显的织构组织,当沉积温度为1000℃时择优取向不明显;沉积温度为1100℃时,形成极强的(200)择优取向;沉积温度为1200℃时,同时存在(200)和(110)两种择优生长的晶粒;沉积温度为1300℃时,形成以(200)为主要择优取向的晶粒;氯气流量、氢气流量和氯化温度对择优取向变化无显着影响。针对钽涂层晶粒择优取向问题,采用第一性原理计算研究了涂层表面特性与涂层表面能的关联,发现金属钽的自扩散激活能与空位形成能、空位迁移能以及键能成正比;通过在钽表面引入空位,能够增加Ta2O5膜层的形核位点,使形核方式由单一形核转化为多元共存形核,加快膜层反应速率,提高Ta2O5膜层生长致密度和厚度,为通过改变涂层表面特性提高膜层稳定性提供了理论依据。借助电化学测试分析方法,研究了钽涂层的耐腐蚀特性。钽涂层表现出较好的耐蚀性能。钽涂层阳极氧化过程有利于涂层表面氧化膜的厚度和均匀性增加,与沉积态相比,阳极氧化态涂层的自腐蚀电位提高,自腐蚀电流密度下降。阳极氧化提高了钽涂层在腐蚀介质的稳定性。结合理论计算和实验测试结果,研究发现刻蚀处理可以改变阳极氧化过程中氧化膜的形核方式,使之由连续形核模式转变为瞬时形核模式,并且提高了阳极氧化过程中缺陷的扩散系数,从而促进了Ta2O5氧化膜的生成,提高了氧化膜的厚度和均匀性,并将涂层表面不稳定的Ta4+转变为Ta5+,改善了涂层稳定性,其耐蚀性能较沉积态获得明显改善,其中自腐蚀电位较沉积态升高了61.8%左右,而自腐蚀电流密度降低约25.4%。
李宏广[5](2020)在《基于磁控溅射制备技术面向大尺寸基板氮化铝薄膜的研究》文中提出微机电系统(Micro-Electro-Mechanical System MEMS)是指可以批量制造的微设备或系统,主要包含微机械,微传感器,微执行器以及信号处理、控制电路,通信和电源等。其工作原理是外部环境物理、化学和生物等信号输入,通过微传感器转换成电信号,经过信号处理(模拟信号或数字信号)后,由微执行器执行动作,达到与外部环境“互动”的功能。薄膜体声波谐振器(Film-Bulk-Acoustic-Wave-Resonators FBAR)因具有体积小、损耗低、功率容量大、可集成等优异的性能,随着MEMS技术的发展得到广泛关注。氮化铝(AlN)薄膜作为常用的压电薄膜材料之一,具有多晶择优取向性,晶体表面声波沿c-轴方向的传输速度最大,是所有已知压电材料中声波波速最高的最快的压电材料,常被用来研究FBAR。本论文通过采用反应磁控溅射的方法,在大尺寸(8英寸)基板上通过改变不同电源功率、基板偏压、氮气流量、溅射靶材与基板的距离等成膜条件制备了AlN压电薄膜并对其性能进行深入研究。实验结果表明,溅射功率的大小影响着AlN薄膜的膜厚均一性和c轴取向,沉积速率对薄膜的均一性也有重要影响;基板偏压对膜厚均一性的影响可以忽略;氮气流量对AlN薄膜的膜厚均一性也有着重要影响;靶材与基板的距离影响着沉积过程中原子的碰撞次数和沉积分布,膜厚均一性的值随着靶材与基板距离变大先减小后增大,最终得到膜厚均一性的最优值为0.72%。使用X射线衍射仪(XRD)得到了AlN薄膜的取向、扫描电子显微镜(SEM)得到薄膜的表面晶粒生长形貌、膜厚仪得到薄膜的厚度,薄膜成膜均一性良好、应力测试仪对AlN薄膜的应力进行分析。使用Degas和PreClean手段对AlN薄膜的均一性和致密性进一步优化以及进行了两步成膜,最后研究发现薄膜均一性得到明显改善,均一性的值降低到0.55%,对以后薄膜的工业化生产具有重要意义。
代文[6](2020)在《石墨烯三维宏观体的设计与调控及其在热界面材料领域的应用研究》文中研究说明随着半导体芯片特征尺寸的减小和电子元器件封装密度的提高,电子产品内部单位体积上的功率密度也急剧上升。如果电子产品工作时产生的热量无法及时排出,聚集到一定程度会引起电子元器件内部温度的严重上升,极大的影响电子产品的工作效率和寿命。高效的热管理设计是解决这一问题的关键,其核心环节即是填充于热源(Heater)和热沉(Heat sink)之间作为两者热量传递桥梁的热界面材料(Thermal interfere materials,TIMs)。为了有效填充热源和热沉之间的缝隙以替代近乎绝热的空气(κ:0.026 W m-1 K-1),热界面需要兼具高的纵向热导率以及良好的可压缩性,以实现优异的界面传热效果。目前工业上最常用的热界面材料主要是由柔性聚合物基体填充以高导热陶瓷颗粒制备而成(比如氮化硼、氮化铝、氧化铝等),在填料含量为50–70 wt%时,热导率大致分布范围为1–5 W m-1 K-1。然而,随着电子封装行业的快速发展,此类传统热界面材料已经难以满足随之而来的散热需求。因此,亟需开发新型热界面材料用以解决随着半导体器件快速发展而带来的不断增长的热管理问题。石墨烯由于其超高的本征热导率(面内:3,500–5,300 W m-1 K-1)被认为是一种极具可塑性及开发潜力的热管理材料。然而,石墨烯是一种二维平面结构材料,其超高的导热性能仅仅体现在水平(面内/横向)方向上,垂直(面外/纵向)方向上的热导率只有约2 W m-1 K-1,但热界面材料更强调材料垂直方向的热传导。因此,如何解决热界面材料纵向传热需求与石墨烯各向异性热导率之间的矛盾是石墨烯于热界面材料应用的一个关键的科学和技术问题。鉴于此,本论文主要针对热界面材料纵向导热需求,以提高石墨烯相关材料纵向热传导能力为导向,聚焦石墨烯微结构调控和石墨烯三维结构组装,制备出具有超高面外热导率的石墨烯基热界面材料,并研究了石墨烯微观排列、界面组成与材料本征热导率及界面热传导性能的关系。论文研究内容包括以下两方面:1.石墨烯-碳化硅纳米线杂化结构热界面材料制备及性能研究针对现役石墨烯纸较低的纵向热导率,以及热界面材料的纵向传热需求,在本章节中,我们制备了一种基于石墨烯-碳化硅纳米线杂化结构的复合石墨烯纸(Graphene hybrid paper,GHP)。实验主要思路是首先在氧化石墨烯(GO)表面修饰Si O2纳米颗粒(Si O2 nano-particles,Si O2 NPs);然后将制备好的GO-Si O2NPs与一定比例的石墨烯粉体混合抽滤出Si O2 NPs插层的石墨烯纸;最后采用高频加热的方式以Si O2为硅源在石墨烯片上原位生长出碳化硅纳米线(Si C nanowires,Si C NWs),其中Si C NWs沿着[111]晶向,以接近垂直的方式生长于GHP的表面和内部。由于原位生长的Si C NWs实现了不同层间石墨烯在垂直方向上的相互连接,形成了纵向的导热通路,以及Si C NWs与石墨烯所形成的C-Si共价结合界面所带来较高的石墨烯/Si C NWs界面热传导系数,GHP的纵向热扩散系数(18.4 mm2 s-1)相对于未处理的石墨烯纸(8.2 mm2 s-1)提高了120%。此外,传统的石墨烯纸在经受垂直方向压缩后纵向热导率有所下降,导致其难以用于热界面材料。相对而言,由于Si C NWs所形成垂直方向上的导热通路,GHP在经历75 psi压缩后的纵向热导率会进一步提高至17.6 W m-1 K-1,优于目前所报道石墨烯纸的纵向热导率以及大部分的商用热界面材料的热导率。在界面传热性能测试中,以GHP为热界面材料的系统散热能力相对于主流商用导热垫(κ:5 W m-1 K-1)提高了37.7%,在30 W加热功率下实现热源温降为18.8°C,明显高于对比组样品的温降(9.8°C)。在实际的CPU散热对比测试中也表明GHP相对于主流商用导热垫具有更加优异的界面传热性能,有望替代目前常规的商用热界面材料应用于电子设备的冷却。2.高定向垂直排列结构石墨烯热界面材料制备及性能研究针对界面传热对材料高纵向热导率及良好可压缩性的需求,在本章节中,我们报道了一种兼具超高纵向热导率以及良好柔性的高定向垂直排列石墨烯基热界面材料(HLGP)。实验是以由水平取向石墨烯纳米片组成的石墨烯纸为原料,并采用后续宏观机械加工的方式实现石墨烯纳米片微观排列从水平向至垂直方向转变,其所制备HLGP在微观上呈现多层结构,中间主要以垂直排列的石墨烯组成,顶部和底部有一薄层水平排列的石墨烯。基于这种主要以垂直排列石墨烯(体积分数>90%)组成的特征结构,HLGP的纵向热导率高达143 W m-1K-1,达到金属量级,并且超出现役商用硅胶导热垫十倍以上;另外,由于垂直排列石墨烯是由石墨烯纸受压堆叠而成,在水平方向上属于弱交联,受力过程中石墨烯骨架可以独立发生弯折或者重排,HLGP的压缩模量与硅胶相当,仅有0.87 MPa,远低于一些硅胶基的导热复合材料(2–10 MPa)。热阻测试结果指出HLGP在30%压缩应力的总热阻和接触热阻分别为11.8 K mm2 W-1和5.8 K mm2 W-1,其接触热阻远低于现役商用硅胶垫的接触热阻,达到焊接的量级。进一步的实验以及仿真分析表明HLGP上下表面水平石墨烯层充当了内部垂直排列石墨烯的均热板(Heat spreader),在微观尺度上降低了热界面材料与接触面之间的扩散热阻,对其作为热界面材料使用时所体现的优异性能起到了必不可少的作用。在实际的界面传热性能对比测试中,以HLGP为热界面材料的系统散热能力相对于高端商用导热垫(κ:17 W m-1 K-1)提高了近三倍,在20 W cm-2功率密度下实现热源温降为65°C,远高于对比硅胶基导热垫的温降(38°C)。另外,HLGP由纯石墨烯组成,具备良好的热冲击稳定性以及较大的温度使用区间(-196–500°C),除了有望在通信、消费类电子行业中替代目前常规的商用热界面材料应用于电子设备的冷却系统,其在深低温以及超高温等极端环境领域也有着极大的应用前景。最后,本章节所采用以宏观机械加工方式制备垂直高热导石墨烯热界面材料的方法本质上是一种针对低维纳米材料的微观调控技术,除了石墨烯基热界面材料的制备,还可以用于其他二维材料的宏观组装,比如二维过渡金属碳/氮化物(MXene)、氮化硼纳米片(BNNS)等,促进相关领域的技术进步。
孔营[7](2019)在《电场增强阴极弧放电及Ti(Al,Cr)SiCN薄膜制备和性能研究》文中研究说明在一些复杂工况和苛刻的服役环境下,对薄膜质量的要求也逐渐提高,制备薄膜的过程中,等离子体的行为和演化是核心的因素。阴极弧技术具有离化率高、离子能量高、沉积速度快、膜基结合好等优点,广泛应用于工模具加工和制造业中。阴极弧技术虽然离化率高,但是只限于金属的离化率,如何提高反应气体的离化率,进一步提高整个真空室内的等离子体密度也是亟待解决的问题。本文提出了电场增强阴极弧技术,采用辅助阳极增强放电,提高了系统内反应气体的离化率和真空室内的等离子体密度,并研究了电场增强放电效应及光谱特性。同时制备了TiSiCN和TiAlCrSiCN薄膜,对其结构和性能进行了系统的研究,并在此基础上制备了56.5μm厚的TiSiCN/Al Cr SiCN薄膜。在氩气(Ar)、氮气(N2)和氮气混合四甲基硅烷(TMS,Tetramethylsilane)的气氛中,基体电流测试表明,相比没有辅助阳极,电场增强放电能显着提高系统内的等离子体密度,基体电流增加明显;随着工作气压或气流量的增加,放电逐渐减弱,基体离子电流呈现降低的趋势。随着线圈电流的增加,基体电流先增加后降低。等离子体发射光谱研究结果表明,在Ar、N2和N2+TMS混合气体中,对比有无辅助阳极增强阴极弧放电的光谱,发现金属粒子的离化率受辅助阳极电流的影响变化不明显,但气体的离化率提高显着。相比不加辅助阳极,Ar、N、Si和C的离化率最大分别增加了70.7%,75.3%,97.6%和202.1%,同时电子温度也逐渐增加;各粒子的离化率随着气压或气流量的增加而下降。采用电场增强阴极弧制备了TiSiCN薄膜,并对其形貌、结构及性能进行了系统的研究。结果表明,合适的辅助阳极电流可降低薄膜表面颗粒数量和尺寸,当阳极电流为30A时与不加辅助阳极相比,颗粒密度降低35.2%,晶粒尺寸最小,为18.8nm;当偏压为30V、50V、70V和90V时,阳极电流为35A时制备的膜层中与不加辅助阳极制备的膜层中Si的含量分别增加了31.2%、36.9%、38.9%和30.1%;辅助阳极增强阴极弧制备的薄膜柱状结构不明显,贯穿式柱状晶被打断,膜层生长均匀、连续、致密度提高,Ebi逐渐增加。相比不加辅助阳极,当阳极电流为40A时,Ebi增加了31.6%,薄膜中含碳、含硅和含氮相分别增加了67.2%、48.9%和21.2%。恒定阳极电流,降低偏压,Ebi呈现下降的趋势,膜层的致密性也下降。随着阳极电流增加,δh先降低后升高,H/E*和H3/E*2先升高后降低,阳极电流为30A时制备的膜层的硬度较高,压痕韧性值最大,同时表现出优异的抗高温氧化性和耐腐蚀性。采用电场增强阴极弧制备了TiAlCrSiCN薄膜,并对其形貌、结构及性能进行了系统的研究。结果表明,当阳极电流为30A时,薄膜表面的颗粒密度最低,为2.12mm-2×106,晶粒尺寸最小,为13.5nm;当偏压为40V、70V、100V和150V时,阳极电流为35A时制备的膜层中与不加辅助阳极制备的膜层中Si的含量分别增加了45.2%、50.4%、52.5%和49.1%;随着阳极电流的升高,膜层致密度提高,Ebi逐渐增加。相比不加辅助阳极,在阳极电流40A时,Ebi增加了33.1%,薄膜中含碳、含硅和含氮相分别增加了79.5%、54.6%和18.1%;恒定阳极电流,降低偏压,膜层的Ebi下降,膜层致密性下降。与不引入辅助阳极相比,阳极增强放电可显着提高薄膜的硬度;当阳极电流为30A时,δh最小(0.463),H/E*和H3/E*2达到最大,薄膜的裂纹长度最短,韧性和抗裂性最优;同时制备的薄膜的耐磨性、抗高温氧化性能和耐蚀性显着提高。
陈科成[8](2019)在《功率电子器件封装用氮化铝陶瓷基板覆铜的研究》文中提出近年来制造功率电子器件都以细微加工和MOS工艺为基础,从而推动了功率电子器件向集成化、模块化方向发展;高压大功率需求的不断增加以及工艺技术的飞速革新,推动着功率器件向着小体积、高性能、速度快的方向发展,在封装时通过多芯片连接从而实现模块化是大势所趋,由此而引发的电路发热量也迅速提高,这将导致功率模块器件单位体积内所生成的热量急剧累积,使得芯片寿命下降。解决器件散热问题的关键在于选择合适的封装基板,AlN陶瓷覆铜基板以其优良的导热和导电性能,在功率电子器件封装领域得到了广泛的关注与研究,具有非常广阔的应用前景。因此为了获得较高质量的AlN陶瓷覆铜基板,本课题采用厚膜金属化工艺和薄膜金属化工艺制备了AlN陶瓷金属化覆铜样品,通过对工艺的调节与研究,优化了AlN陶瓷金属化覆铜的工艺且获得了性能优良的金属化覆铜基板。本论文主要研究成果如下:(1)在AlN基板上通过丝网印刷的方式刷涂纯CuO浆料,然后在10001100℃下进行气氛热处理,成功获得了厚膜金属化覆铜样品。通过测试发现所获得金属化膜层厚度约为5080μm,最优热处理温度为1075℃,在此温度下所获得的金属化样品性能最优,表面膜层孔隙率最低,膜层方阻为0.458mΩ/□,膜层附着力为15.315 MPa;经分析发现是由于结合界面处铜的氧化物和AlN基板在氧气气氛下发生化学反应,生成CuAlO2和CuAl2O4,对金属化基板结合强度有着重要的影响。(2)通过在AlN基板上预先刷涂一层活性浆料,然后再刷涂CuO浆料的方式对AlN金属化基板金属化膜层进行加厚处理,然后经9501050℃气氛热处理,成功获得了活性厚膜金属化覆铜基板。通过测试可知所获样品膜层厚度有了较大的提升,约为145180μm;最优热处理温度为1000℃,此时表面膜层孔隙率最低,膜层方阻为4.008 mΩ/□,膜层附着力为23.691 MPa;经分析发现,活性浆料中的Al粉和Ti粉在增强结合力的方面起着较为重要的作用,Al粉发生反应生成的Al2O3高温下可以和铜的氧化物发生反应,在相对较低温度时即可生成CuAl2O4,以及Ti粉和AlN基板反应生成TiN等物质均能够有效提高金属化覆铜基板的结合力。(3)通过调节不同金属靶材的工作气压和溅射功率,以台阶仪表征溅射薄膜层厚度,确定了各靶材的最优溅射工艺参数及相应的溅射速率;以最优工艺参数在AlN基板表面分别溅射2μm的W、Mo、Ti、Al膜层,然后将预溅射不同金属膜层的AlN基板再共同溅射金属铜膜层,经1000℃还原性气氛热处理实现了AlN基板薄膜法覆铜。通过测试发现所获得薄膜金属层厚度约为14μm,中间层为W的金属化基板表面膜层状态最优,W的存在可以促进表面铜膜呈现相对强烈的能有效降低膜层缺陷的(111)织构,其表面方阻为5.840 mΩ/□,膜层附着力达25.452 MPa;经分析可知,钨的热膨胀系数较低,可起到缓解热应力的作用,且在热处理时钨和氮可形成高晶格能化合物,从而增强金属化膜层在AlN表面的附着力。
王磊[9](2018)在《复合膜结构高频声表面波器件设计、制备及应用》文中指出声表面波器件具有低损耗、小体积、实时信号处理能力强等特性,广泛应用于无线通信、射频标签、传感检测、量子研究等领域,是现代信息系统的重要组成元件。但是由于5G和物联网等技术需要,向高频段拓展成为声表面波器件必然的发展方向。然而高频声表面波器件存在制备困难、输出功率小等问题,限制了器件的应用。本文着眼于高频声表面波器件设计与实现,重点基于“压电薄膜/金刚石/硅”复合膜结构,针对现存问题,从器件结构设计、电极纳米加工、器件性能优化等角度开展研究工作,为高频声表面波器件设计与实用提供了理论依据与数据支撑。本文的主要研究内容和创新点有以下5点:1.基于传递矩阵模型和有限元模型,设计并制备了高声速AlN/diamond/Si复合膜结构衬底材料。首先基于传递矩阵模型计算了声表面波在AlN/diamond/Si复合膜结构中的传播特性,包括1-5阶瑞利波的相速度频散特性和机电耦合系数频散特性,发现要保证器件的高频、高机电耦合特性,当归一化厚度为1~3时,采用二阶西沙瓦波能够取得理想结果。其次,利用有限元模型发现在纳米尺度下,金电极由于其高声阻抗特性,有利于提高器件输出频率。基于上述结果,制备了AlN/diamond/Si和AlScN/diamond/Si高声速复合膜结构衬底,表征结果显示,二者均呈高度c轴取向,表面粗糙度均小于5 nm,符合高频声表面波器件的应用要求。2.针对高频叉指换能器电子束光刻成品率低的问题,结合叉指换能器图形尺寸跨度大、区域性明显的特点,提出了SELSP制备方法。通过与传统电子束光刻工艺进行比较,发现SELSP方法不仅在制备高分辨密集栅结构方面存在优势,而且制备图形保真度高,针对不同特征尺寸,具有一定的普适性。基于该方法,首次制备出了工作在Ka波段,基于电激发的声表面波谐振器。3.提出了嵌入式叉指换能器,有效提高了高频声表面波器件的输出频率和输出功率。基于AlN/diamond/Si复合膜衬底,在具有相同器件结构参数的前提下,采用有限元仿真和实验相结合的方式,比较了两种电极激发出的声表面波频率和输出信号幅值。发现在高频段下,基于嵌入式叉指换能器的声表面波器件较基于传统叉指换能器的声表面波器件,西沙瓦波的输出功率和谐振频率获得增强。通过数据比对与分析,认为产生这一结果的原因是基于两种电极结构SAW器件的声场分布不同,嵌入式叉指换能器的声表面波器件受布拉格反射损耗小、受金刚石层声速增益大所致。4.首次完成了基于AlScN/diamond/Si复合膜结构高频声表面波谐振器的设计、制备与测试,发现随着工作频率的提高,瑞利波的高阶模式将成为主要模式,使得瑞利波的高次谐波能够被观测到,从而使AlScN/diamond/Si衬底较AlN/diamond/Si衬底具有高频优势,为高频声表面波器件设计提供了一条新的设计途径。5.初步开展了高频SAW器件在生物传感领域和脉压体制片上雷达接收链路中应用的可行性论证工作。高频SAW器件在传感器领域具有优势,为研发甚高频、超高精度的SAW传感器,基于LiTaO3单晶衬底材料,制备了高Q值单端口SAW传感器,通过对器件的稳定性、频率漂移与溶液浓度间关系以及可复用性等方面的研究,认为SAW传感器具有分辨微小质量的能力,且频率漂移量与溶液浓度间呈指数关系,与理论表达式一致,具有良好的可复用性,具备实现高精度传感器的应用潜力。此外,面向毫米波片上脉压体制雷达探索,提出了基于SAW脉压信号处理的雷达接收链路用于缓解数字后端在处理大量信号时的计算压力,从而减少系统面积和功耗开销。基于LiNbO3制备了SAW脉冲压缩器,设计并完成了链路SIP封装,测试结果表明链路输出信号符合设计预期,从而论证了该信号处理链路的可行性。
李起[10](2018)在《高频高功率耐受性声表面波滤波器材料及器件研究》文中研究表明信息时代移动通讯飞速发展,声表面波滤波器面临两个巨大挑战。一是器件尺寸不断缩小,功率水平越来越高,对器件功率耐受性要求越来越高。二是低频段频谱资源紧张使得滤波器工作频率不断上升。如何提高声表面波滤波器的功率耐受性和工作频率成为应对这两个挑战的关键。本文利用复合多层膜的方法制备了Al/Ni、Al/Ti/Cu/Ti和Al/Cu/Ti电极,研究不同电极结构对电极抗声迁移能力的影响和其在高功率下原子的迁移行为,重点分析电极失效原因,提高器件功率耐受性;采用磁控溅射制备高声速的ZnO/6H-SiC复合基片,探讨ZnO/6H-SiC上声表面波传播特性,以此为基础设计制备高频声表面波滤波器。研究结果表明不同厚度Ni过渡层对42°YX-LiTaO3基片上A1膜(111)织构、表面形貌、微观结构有显着影响。6nmNi过渡层大大提高了 A1膜(111)织构的强度,减小了表面粗糙度,晶界数量,提高了 A1膜与基片的结合力。使得其抗电迁移能力增强至无过渡层A1膜的10倍,而42°YX-LiTaO3基片上1.5GHz声表面波滤波器功率耐受性提升到无Ni过渡层器件的2.2倍。更高频率的声表面波滤波器中指条更窄更薄,需进一步加强叉指电极防止其损坏。有限元分析表明工作时应力应变集中于电极底部边缘,以切应力τyz和τxy为主。针对电极受力情况,采用Al/Ti/Cu/Ti和Al/Cu/Ti多层膜复合电极强化电极底部。在 42°YX-LiTaO3 基片上 Al(102nm)/Cu(10nm)/Ti(5nm)电极使得 2.7GHz 器件功率耐受性提高到 Al-0.9wt.%Cu(135nm)/Ti(5nm)电极的 1.9 倍,Al-0.9wt.%Cu(140nm)电极的3倍,而此时其叉指电极宽度约为上述1.5GHz器件的60%。Al/Cu/Ti的高功率耐受性与测试中电极底部边缘生成A12Cu有关。此外Al/Cu/Ti在Cu较薄时与Al-0.9wt.%Cu/Ti相比具有较小电阻,更适合在高频高功率声表面波滤波器中使用。在高声速基片上制备高频声表面波滤波器可用较宽的叉指电极降低器件工艺难度、避免成本上升和提高可靠性。本文用磁控溅射制备了高质量强c轴取向ZnO薄膜,其与 6H-SiC 基片取向关系为[1120]ZnO(0002)ZnO[1120]6H-SiC(0006)6H-SiC。在0<hZnO/λ<1间,ZnO/6H-SiC上各阶模波速都随hZnO/λ增大而减小,其中一次模机电耦合系数最大且随hZnO/λ增大先上升后下降。一次模和二次模在ZnO较厚时具有高声速和一定的机电耦合系数适合制作高频声表面波器件。此外实验中得到hZnO/λ较小时有较高的Q值,而基模和二次模有较小的频率温度系数。据上述特性设计制备了 6.2GHz双模谐振型滤波器;5GHz梯形滤波器,损耗为-9.7dB。
二、〈101〉取向织构氮化铝薄膜的制备研究(论文开题报告)
(1)论文研究背景及目的
此处内容要求:
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景,再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题,并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例:
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
(2)本文研究方法
调查法:该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法:用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法:通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法:通过调查文献来获得资料,从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法:依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法:对研究对象进行“质”的方面的研究,这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法:通过具体的数字,使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法:运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法:这是社会科学用来分析社会现象的一种方法,从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法:通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、〈101〉取向织构氮化铝薄膜的制备研究(论文提纲范文)
(1)柔性外延ZnO薄膜的压电特性研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第1章 绪论 |
1.1 引言 |
1.2 柔性掺铝氧化锌(AZO)电极研究现状 |
1.3 柔性ZnO压电薄膜的研究现状 |
1.4 本章小结 |
第2章 外延ZnO薄膜的制备与表征 |
2.1 外延ZnO薄膜的制备 |
2.2 外延ZnO薄膜的表征方法 |
2.3 本章小结 |
第3章 基于超薄铝掺杂氧化锌薄膜的高导电柔性电极 |
3.1 引言 |
3.2 实验部分 |
3.3 结果与讨论 |
3.4 本章小结 |
第4章 外延生长提高氧化锌薄膜的线性压电响应 |
4.1 引言 |
4.2 实验部分 |
4.3 结果与讨论 |
4.4 本章小结 |
第5章 薄膜厚度对压电系数的影响 |
5.1 引言 |
5.2 实验部分 |
5.3 结果与讨论 |
5.4 本章小结 |
第6章 总结与展望 |
6.1 全文总结 |
6.2 展望 |
攻读硕士学位期间发表学术论文情况 |
致谢 |
参考文献 |
(2)氧掺杂AlN薄膜结构与性能研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
1 绪论 |
1.1 课题背景 |
1.2 AlN薄膜的结构 |
1.3 AlN薄膜的性质与应用 |
1.3.1 光学材料 |
1.3.2 压电材料 |
1.3.3 缓冲层材料 |
1.3.4 热电偶涂层材料 |
1.3.5 衬底材料 |
1.4 AlN薄膜的制备方法 |
1.4.1 溶胶-凝胶旋涂法 |
1.4.2 分子束外延 |
1.4.3 脉冲激光沉积法 |
1.4.4 金属有机化学气相沉积法 |
1.4.5 原子层沉积法 |
1.4.6 磁控溅射法(MS) |
1.5 AlN薄膜的基底选择 |
1.5.1 蓝宝石做基底材料 |
1.5.2 Si C做基底材料 |
1.5.3 Si做基底材料 |
1.6 研究现状与研究热点 |
1.6.1 柔性SAW |
1.6.2 AlGaN合金 |
1.6.3 AlN的掺杂 |
1.6.4 离子注入 |
1.7 本文的研究目的与研究内容 |
2.薄膜制备与结果表征 |
2.1 磁控溅射原理 |
2.2 非平衡射频反应磁控溅射 |
2.3 AlN薄膜的制备过程 |
2.4 AlN薄膜的表征 |
2.4.1 X射线衍射光谱 |
2.4.2 光致发光光谱 |
2.4.3 透射光谱 |
2.4.4 傅里叶红外光谱 |
3 氧掺杂AlN薄膜实验探究 |
3.1 单层氧掺杂AlN薄膜结构与性能分析 |
3.1.1 AlN薄膜的XRD结果与分析 |
3.1.2 AlN薄膜的PL光谱结果与分析 |
3.1.3 AlN薄膜的透射光谱结果与分析 |
3.1.4 AlN薄膜的傅里叶红外光谱结果与分析 |
3.1.5 小结 |
3.2 多层氧掺杂AlN薄膜结构与性能分析 |
3.2.1 AlN薄膜的XRD结果与分析 |
3.2.2 AlN薄膜的PL光谱与分析 |
3.2.3 AlN薄膜的透射光谱结果与分析 |
3.2.4 AlN薄膜的傅里叶红外光谱结果与分析 |
3.2.5 小结 |
4 结论 |
参考文献 |
攻读硕士学位期间发表学术论文情况 |
致谢 |
(3)碳纳米管-碲化铋复合热电薄膜材料与器件的制备和性能研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第1章 绪论 |
1.1 引言 |
1.2 热电换能技术 |
1.2.1 塞贝克效应 |
1.2.2 佩尔捷效应 |
1.2.3 汤姆逊效应 |
1.2.4 热电材料性能评价 |
1.2.5 热电材料中的耦合关系 |
1.3 CNT和Bi_2Te_3复合薄膜研究背景 |
1.3.1 柔性热电材料研究背景及研究现状 |
1.3.2 碳纳米管薄膜研究背景 |
1.3.3 热电材料性能优化策略 |
1.4 柔性与微型化热电器件 |
1.4.1 热电器件柔性和微型化的必要性 |
1.4.2 研究现状 |
1.5 本领域的研究难点 |
1.5.1 薄膜材料热导率的测量 |
1.5.2 薄膜材料的加工和转移 |
1.6 本论文的研究内容和意义 |
第2章 材料表征测试及辅助平台构建 |
2.1 材料结构表征 |
2.2 材料电学和柔性性能表征 |
2.2.1 热电性能测试 |
2.2.2 霍尔测试 |
2.2.3 柔性测试 |
2.3 薄膜导热性能表征平台构建 |
2.3.1 简介 |
2.3.2 瞬态3ω-频域法 |
2.3.3 稳态SiN_x悬臂桥法 |
2.4 薄膜无损加工平台构建 |
2.4.1 飞秒激光加工简介 |
2.4.2 飞秒激光微纳加工平台构建及相关成果 |
2.5 热电器件性能表征 |
2.5.1 测试原理 |
2.5.2 设备设计与构建 |
2.5.3 器件性能测试 |
2.6 本章小结 |
第3章 CNTs/Bi_2Te_3复合热电薄膜材料 |
3.1 引言 |
3.2 复合薄膜制备与结构表征 |
3.3 复合热电薄膜性能研究 |
3.3.1 热电性能分析 |
3.3.2 碳纳米管的作用机理分析 |
3.3.3 柔性性能研究 |
3.4 本章小结 |
第4章 界面调控优化CNTs/Bi_2Te_3复合薄膜热电性能 |
4.1 引言 |
4.2 等离子体界面调控 |
4.2.1 结构设计与性能优化 |
4.2.2 等离子体处理的复合薄膜制备 |
4.3 结构表征 |
4.3.1 碳纳米管与复合薄膜结构表征 |
4.3.2 界面结构表征 |
4.4 热电性能表征 |
4.4.1 碳纳米管薄膜性能分析 |
4.4.2 复合膜热电性能分析 |
4.4.3 柔性性能 |
4.5 界面调控机理分析 |
4.5.1 等离子体处理对碳管的性能影响 |
4.5.2 碳管性能的变化 |
4.5.3 解耦机制分析 |
4.5.4 晶格热导率变化分析 |
4.6 本章小结 |
第5章 柔性、微型热电发电和制冷器件 |
5.1 引言 |
5.2 微型热电薄膜器件 |
5.2.1 器件设计 |
5.2.2 器件制备 |
5.2.3 热电发电性能测试 |
5.2.4 热电制冷性能测试 |
5.3 微型柔性热电器件 |
5.3.1 器件设计 |
5.3.2 器件制备 |
5.3.3 器件性能测试 |
5.4 本章小结 |
第6章 全文结论 |
6.1 论文的主要结论 |
6.2 论文的主要创新点 |
参考文献 |
致谢 |
在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果 |
(4)化学气相沉积钽涂层工艺、成膜规律及耐蚀性能研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第一章 绪论 |
1.1 研究背景 |
1.2 钽及钽材的制备 |
1.2.1 钽及其应用 |
1.2.2 钽材的粉末冶金制备 |
1.2.3 钽薄膜网状阴极法制备 |
1.2.4 钽薄膜直流磁控溅射法制备 |
1.2.5 钽薄膜等离子喷涂法制备 |
1.2.6 钽薄膜化学气相沉积法制备 |
1.3 钽的组织及耐蚀性能分析 |
1.3.1 钽的微观组织 |
1.3.2 金属钽的织构 |
1.3.3 钽的耐蚀性能 |
1.3.4 钽的选择性腐蚀 |
1.4 改善钽涂层耐蚀性能的方法 |
1.4.1 钽涂层的纳米晶表面改性 |
1.4.2 钽涂层阳极氧化 |
1.4.3 表面活化处理 |
1.5 耐蚀金属表面氧化膜生长行为研究 |
1.5.1 耐蚀金属表面的实验和理论研究 |
1.5.2 分子动力学计算 |
1.5.3 第一性原理计算 |
1.6 研究意义和研究内容 |
1.6.1 研究意义 |
1.6.2 研究内容 |
第二章 实验研究及分析方法 |
2.1 研究方案 |
2.2 材料设计方法 |
2.2.1 第一性原理计算 |
2.2.2 分子动力学模拟 |
2.3 实验材料及工艺 |
2.3.1 实验材料及设备 |
2.3.2 涂层制备工艺 |
2.3.3 阳极氧化工艺 |
2.3.4 等离子刻蚀工艺 |
2.4 表征方法 |
2.4.1 组织结构 |
2.4.2 物理力学性能 |
2.4.3 耐蚀性能 |
第三章 CVD沉积钽涂层生长行为及组织结构研究 |
3.1 CVD沉积热力学分析 |
3.1.1 温度对反应吉布斯自由能的影响 |
3.1.2 标准摩尔吉布斯自由能 |
3.1.3 理想气体化学平衡 |
3.1.4 化学平衡常数计算 |
3.2 涂层沉积过程的分子动力学模拟 |
3.2.1 模拟条件的选择 |
3.2.2 模拟的结果与讨论 |
3.3 CVD制备钽涂层的沉积实验研究 |
3.3.1 沉积温度对沉积的影响 |
3.3.2 氯气流量对沉积的影响 |
3.4 钽涂层的表面形貌分析 |
3.4.1 不同沉积温度钽涂层的表面形貌 |
3.4.2 不同氯气流量钽涂层的表面形貌 |
3.5 钽涂层密度和硬度 |
3.6 本章小结 |
第四章 钽涂层的耐蚀性能研究 |
4.1 钽涂层氧化膜分析 |
4.1.1 钽涂层氧化膜的物相组成 |
4.1.2 钽涂层氧化膜的成膜机理 |
4.2 钽涂层的织构组织分析 |
4.2.1 织构系数计算 |
4.2.2 沉积参数对织构的影响 |
4.2.3 织构组织的极图分析 |
4.3 钽涂层的耐蚀性能研究 |
4.3.1 钽涂层的电化学性质 |
4.3.2 钽涂层的选择性腐蚀 |
4.4 本章小结 |
第五章 钽的选择性腐蚀理论和Ta_2O_5膜层的调控生长机制 |
5.1 金属钽腐蚀极化曲线计算模型 |
5.1.1 平衡态电极反应 |
5.1.2 非平衡态电极反应 |
5.1.3 表面能与键能的关系 |
5.1.4 空位与表面能的关系 |
5.1.5 空位对扩散动力学的影响 |
5.2 钽涂层选择性腐蚀的第一性原理计算 |
5.3 Ta_2O_5涂层中空位与扩散特性的第一性原理计算 |
5.3.1 第一性原理计算参数 |
5.3.2 理论模型构建 |
5.3.3 计算结果分析 |
5.4 表面空位调控Ta_2O_5薄膜生长的动力学分析 |
5.5 本章小结 |
第六章 等离子刻蚀调控Ta_2O_5钝化膜生长及性能研究 |
6.1 等离子刻蚀对氧化膜特性的影响 |
6.1.1 等离子刻蚀对表面晶粒尺寸的影响 |
6.1.2 等离子刻蚀对氧化膜成分的影响 |
6.1.3 等离子刻蚀对氧化膜厚度的影响 |
6.2 等离子刻蚀钽涂层表面成膜机制研究 |
6.2.1 等离子刻蚀对氧化膜形核影响 |
6.2.2 等离子刻蚀对点缺陷扩散动力学影响 |
6.3 等离子刻蚀对氧化膜耐蚀性能影响 |
6.4 本章小结 |
第七章 结论与展望 |
7.1 结论 |
7.2 创新点 |
7.3 展望 |
致谢 |
参考文献 |
附录A 攻读博士学位期间发表论文目录 |
附录B 攻读博士学位期间主持及参与科研情况 |
附录C 攻读博士学位期间获成果情况 |
(5)基于磁控溅射制备技术面向大尺寸基板氮化铝薄膜的研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1章 绪论 |
1.1 研究背景 |
1.2 压电材料综述 |
1.3 氮化铝薄膜晶体结构 |
1.4 氮化铝薄膜的性能与应用 |
1.4.1 氮化铝薄膜的性能 |
1.4.2 氮化铝薄膜的应用 |
1.5 氮化铝薄膜的制备方法 |
1.6 氮化铝薄膜的国内外研究现状 |
1.7 论文的研究目的、研究内容和研究意义 |
第2章 样品的制备及表征手段 |
2.1 实验设备 |
2.2 原料和试剂 |
2.3 磁控溅射制备薄膜的工艺流程 |
2.4 样品表征手段 |
2.4.1 X射线衍射仪(XRD) |
2.4.2 应力分析仪 |
2.4.3 膜厚仪 |
2.4.4 扫描电子显微镜(SEM) |
2.5 小结 |
第3章 反应磁控溅射制备AlN压电薄膜 |
3.1 膜厚均一性研究 |
3.1.1 电源功率对膜厚均一性的影响 |
3.1.2 靶材与基板的距离对AlN薄膜均一性的影响 |
3.1.3 溅射功率对AlN薄膜均一性的影响 |
3.1.4 基板偏压对AlN薄膜均一性的影响 |
3.1.5 氮气流量对AlN薄膜均一性的影响 |
3.2 取向研究 |
3.3 形貌研究 |
3.4 小结 |
第4章 AlN压电薄膜优化和两步成膜 |
4.1 Degas和 Pre Clean对 Al N薄膜均一性的影响 |
4.2 两步成膜 |
4.2.1 两次成膜计算 |
4.2.2 实验结果分析 |
4.2.3 两步成膜和Pre Clean |
4.3 小结 |
第5章 总结与展望 |
第6章 企业实践 |
参考文献 |
致谢 |
作者简介 |
攻读硕士学位期间研究成果 |
(6)石墨烯三维宏观体的设计与调控及其在热界面材料领域的应用研究(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
第1章 引言 |
1.1 研究背景 |
1.2 热界面材料基础 |
1.2.1 热界面材料基本概念 |
1.2.2 热界面材料类别 |
1.2.3 高性能热界面材料应用需求 |
1.3 热界面材料发展现状 |
1.3.1 传统热界面材料 |
1.3.2 石墨烯基热界面材料 |
1.3.3 本章小结 |
1.4 目前热界面材料研究中存在的问题 |
1.5 论文的研究内容、创新点和研究意义 |
1.5.1 研究内容 |
1.5.2 创新点 |
1.5.3 研究意义 |
参考文献 |
第2章 石墨烯-碳化硅纳米线杂化结构热界面材料制备及性能研究 |
2.1 实验部分 |
2.1.1 原料 |
2.1.2 GO-SiO_2 NPs杂化材料的制备 |
2.1.3 GHP的制备 |
2.1.4 性能表征 |
2.2 结果与讨论 |
2.2.1 GHP的制备及结构表征 |
2.2.2 GHP的本征导热性能表征 |
2.2.3 GHP的界面传热性能 |
2.3 本章小结 |
参考文献 |
第3章 高定向垂直排列结构石墨烯热界面材料制备及性能研究 |
3.1 实验部分 |
3.1.1 原料 |
3.1.2 石墨烯宏观体的制备 |
3.1.3 性能表征 |
3.2 结果与讨论 |
3.2.1 石墨烯宏观体的制备及结构表征 |
3.2.2 HLGP导热及力学性能表征 |
3.2.3 HLGP的热阻性能表征 |
3.2.4 HLGP的热界面材料性能表征 |
3.3 本章小结 |
参考文献 |
第4章 结束语 |
4.1 本文工作总结 |
4.2 论文不足之处 |
4.3 论文展望 |
致谢 |
作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果 |
(7)电场增强阴极弧放电及Ti(Al,Cr)SiCN薄膜制备和性能研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第1章 绪论 |
1.1 引言 |
1.2 阴极弧技术 |
1.2.1 阴极弧技术原理 |
1.2.2 阴极弧技术特点 |
1.2.3 离子轰击作用的原理 |
1.3 离化增强技术 |
1.3.1 脉冲偏压增强 |
1.3.2 热丝增强离化 |
1.3.3 阳极层离子源增强离化 |
1.3.4 脉冲阴极弧增强离化 |
1.3.5 电场增强离化 |
1.3.6 其他增强离化 |
1.4 TiSiCN薄膜的研究现状 |
1.5 TiAlCr(Si,C)N薄膜的研究现状 |
1.6 本文的主要研究内容 |
第2章 电场增强阴极弧技术及实验方法 |
2.1 电场增强阴极弧技术及设备 |
2.1.1 电场增强阴极弧原理 |
2.1.2 辅助阳极的设计及优化 |
2.1.3 真空室导电性的影响 |
2.2 实验准备 |
2.2.1 实验材料 |
2.2.2 四甲基硅烷 |
2.3 实验工艺 |
2.3.1 等离子体放电特性测试 |
2.3.2 等离子体光谱特征 |
2.3.3 TiSiCN和 TiAlCrSiCN薄膜沉积工艺 |
2.4 组织结构及性能分析方法 |
2.4.1 扫描电子显微镜分析 |
2.4.2 X射线衍射分析 |
2.4.3 X射线光电子能谱 |
2.4.4 纳米硬度和模量 |
2.4.5 压痕韧性测试 |
2.4.6 膜基结合力测试 |
2.4.7 摩擦学性能测试 |
2.4.9 电化学腐蚀测试 |
第3章 电场增强阴极弧放电特性 |
3.1 电场增强阴极弧放电效应 |
3.2 辅助阳极电流对放电的影响 |
3.2.1 Ar气氛下辅助阳极电流对放电的影响 |
3.2.2 N_2气氛下辅助阳极电流对放电的影响 |
3.2.3 N_2+TMS混合气氛下辅助阳极电流对放电的影响 |
3.3 辅助阳极线圈励磁电流对放电的影响 |
3.3.1 Ar气氛下线圈励磁电流对放电的影响 |
3.3.2 N_2气氛下线圈励磁电流对放电的影响 |
3.3.3 N_2+TMS混合气氛下线圈励磁电流对放电的影响 |
3.4 辅助阳极线圈位置对放电的影响 |
3.4.1 Ar气氛下线圈位置对放电的影响 |
3.4.2 N_2气氛下线圈位置对放电的影响 |
3.4.3 N_2+TMS混合气氛下线圈位置对放电的影响 |
3.5 辅助阳极电场增强放电机理 |
3.5.1 工作气体介质对阴极弧增强放电的影响 |
3.5.2 阴极弧增强放电 |
3.6 本章小结 |
第4章 电场增强阴极弧放电等离子体光谱特性 |
4.1 电场增强阴极弧发射光谱分析 |
4.2 辅助阳极电流对光谱强度的影响 |
4.2.1 Ar工作气氛下光谱强度的变化 |
4.2.2 N_2和TMS混合工作气氛下光谱强度的变化 |
4.2.3 TMS工作气氛下光谱强度的变化 |
4.3 辅助阳极电流对电子温度和离化率的影响 |
4.4 气体增强放电效应 |
4.5 本章小结 |
第5章 电场增强阴极弧制备TiSiCN薄膜结构和性能 |
5.1 TiSiCN薄膜的组织和结构 |
5.1.1 TiSiCN薄膜的表面形貌和EDS |
5.1.2 TiSiCN薄膜的化学态 |
5.1.3 TiSiCN薄膜的截面形貌及沉积速率 |
5.1.4 TiSiCN薄膜的相结构 |
5.2 TiSiCN薄膜的力学性能 |
5.2.1 TiSiCN薄膜的硬度和弹性模量 |
5.2.2 TiSiCN薄膜的结合力 |
5.2.3 TiSiCN薄膜的韧性 |
5.2.4 TiSiCN薄膜的耐高温性能 |
5.2.5 TiSiCN薄膜的耐腐蚀性能 |
5.2.6 TiSiCN薄膜的摩擦磨损性能 |
5.3 本章小结 |
第6章 电场增强阴极弧TiAlCrSiCN薄膜结构和性能 |
6.1 Ti Al Cr N薄膜的硬度和韧性 |
6.2 TiAlCrSiCN薄膜的组织和结构 |
6.2.1 TiAlCrSiCN薄膜的表面形貌和EDS |
6.2.2 TiAlCrSiCN薄膜的化学态 |
6.2.3 TiAlCrSiCN薄膜的截面形貌及沉积速率 |
6.2.4 TiAlCrSiCN薄膜的相结构 |
6.3 TiAlCrSiCN薄膜的力学性能 |
6.3.1 TiAlCrSiCN薄膜的硬度和弹性模量 |
6.3.2 TiAlCrSiCN薄膜结合力 |
6.3.3 TiAlCrSiCN薄膜的韧性 |
6.3.4 TiAlCrSiCN薄膜的耐高温性能 |
6.3.6 TiAlCrSiCN薄膜的耐腐蚀性能 |
6.3.5 TiAlCrSiCN薄膜的摩擦磨损性能 |
6.4 电场增强阴极弧薄膜制备 |
6.4.1 电场增强阴极弧沉积薄膜强韧化机理 |
6.4.2 TiSiCN/AlCrSiCN厚膜制备探索 |
6.6 本章小结 |
结论 |
参考文献 |
攻读博士学位期间发表的论文及其它成果 |
致谢 |
个人简历 |
(8)功率电子器件封装用氮化铝陶瓷基板覆铜的研究(论文提纲范文)
致谢 |
摘要 |
abstract |
1 绪论 |
1.1 引言 |
1.2 功率电子器件封装用基板 |
1.2.1 有机封装基板 |
1.2.2 金属及金属基复合材料封装基板 |
1.2.3 陶瓷基封装基板 |
1.3 AlN陶瓷概况及应用 |
1.3.1 AlN陶瓷概况 |
1.3.2 AlN陶瓷基板的应用 |
1.4 AlN陶瓷基板金属化 |
1.4.1 化学镀金属化 |
1.4.2 直接覆铜金属化 |
1.4.3 薄膜金属化 |
1.4.4 厚膜金属化 |
1.5 选题意义与研究内容 |
1.5.1 选题意义 |
1.5.2 研究内容 |
2 实验部分 |
2.1 实验药品和实验仪器 |
2.1.1 实验药品 |
2.1.2 实验仪器 |
2.2 分析测试方法 |
2.2.1 扫描电镜(SEM)及能谱(EDS)测试 |
2.2.2 表面铜层孔隙率测试 |
2.2.3 X射线衍射(XRD)测试 |
2.2.4 膜层厚度测试 |
2.2.5 膜层附着力测试 |
2.2.6 表面铜层四探针方阻测试 |
3 AlN陶瓷基板厚膜法覆铜 |
3.1 引言 |
3.2 样品制备 |
3.2.1 配制电子浆料 |
3.2.2 AlN陶瓷基板厚膜覆铜 |
3.3 实验结果与分析 |
3.3.1 温度对表面铜层形貌的影响 |
3.3.2 温度对表面铜层方阻的影响 |
3.3.3 温度对金属化基板附着力的影响 |
3.3.4 温度对金属化基板结合界面的影响 |
3.4 本章小结 |
4 AlN陶瓷基板活性厚膜法覆铜 |
4.1 引言 |
4.2 样品制备 |
4.3 实验结果与分析 |
4.3.1 温度对表层形貌的影响 |
4.3.2 断面微观形貌及能谱分析 |
4.3.3 温度对表层方阻的影响 |
4.3.4 温度对附着力的影响 |
4.4 本章小结 |
5 AlN陶瓷基板薄膜法覆铜 |
5.1 引言 |
5.2 样品制备 |
5.2.1 靶材工艺参数优化 |
5.2.2 AlN薄膜法溅射覆铜 |
5.3 实验结果与分析 |
5.3.1 溅射功率对膜层厚度的影响 |
5.3.2 工作气压对膜层厚度的影响 |
5.3.3 中间金属层对表面铜层微观形貌的影响 |
5.3.4 断面微观形貌及能谱分析 |
5.3.5 表面铜层XRD分析 |
5.3.6 中间金属层对表面铜层方阻的影响 |
5.3.7 中间金属层对金属化基板附着力的影响 |
5.4 本章小结 |
6 结论与展望 |
6.1 结论 |
6.2 展望 |
参考文献 |
作者简历 |
(9)复合膜结构高频声表面波器件设计、制备及应用(论文提纲范文)
缩略语 |
摘要 |
Abstract |
第一章 绪论 |
1.1 研究背景 |
1.1.1 声表面波与声表面波器件 |
1.1.2 声表面波器件是现代信息系统的重要组成 |
1.2 复合膜结构高频声表面波器件研究现状与不足 |
1.2.1 压电薄膜材料发展 |
1.2.2 面向高频IDT电极的纳米加工技术发展 |
1.2.3 基于复合膜结构的高频声表面波器件研究进展 |
1.2.4 当前研究中存在的问题 |
1.3 研究目标 |
1.4 论文内容与结构安排 |
第二章 高声速Al N/diamond/Si复合膜衬底结构设计及其制备与表征 |
2.1 背景与动机 |
2.2 基于高频复合膜结构的SAW传递矩阵模型 |
2.3 高频复合膜结构SAW传播特性研究 |
2.3.1 相速度特性 |
2.3.2 机电耦合系数特性 |
2.3.3 电极材料特性 |
2.4 高频复合膜结构衬底材料的制备与表征 |
2.4.1 基于硅衬底直流电弧等离子体喷射法制备金刚石膜 |
2.4.2 射频反应磁控溅射法制备氮化铝薄膜 |
2.4.3 直流反应磁控溅射法制备掺钪氮化铝薄膜 |
2.4.4 复合膜结构衬底材料表征 |
2.5 本章小结 |
第三章 SELSP:一种高频SAW叉指换能器制备方法 |
3.1 背景与动机 |
3.2 SELSP高频IDT电极制备方法 |
3.2.1 SELSP方法的提出 |
3.2.2 SELSP的实现方法 |
3.2.3 SELSP的设计规则 |
3.3 高频SAW谐振器IDT电极设计 |
3.4 基于Al N/diamond/Si复合膜结构高频SAW谐振器测试结果与分析 |
3.4.1 电极制备结果表征 |
3.4.2 器件性能测试 |
3.5 本章小结 |
第四章 高频SAW器件性能优化设计 |
4.1 背景与动机 |
4.2 基于嵌入式IDT电极的高频SAW器件 |
4.2.1 嵌入式IDT电极的提出 |
4.2.2 建模仿真和数据分析 |
4.2.3 基于嵌入式IDT电极SAW器件的制备与测试 |
4.2.4 实验结果与机理分析 |
4.3 基于掺杂改性材料AlScN薄膜对器件性能的影响 |
4.3.1 器件制备与表征 |
4.3.2 基于AlScN/diamond/Si复合膜结构高频SAW谐振器测试结果与分析 |
4.4 本章小结 |
第五章 高频SAW器件在信息系统中的应用 |
5.1 高频SAW延时线在生物传感领域的应用 |
5.1.1 背景与动机 |
5.1.2 SAW传感器工作原理 |
5.1.3 SAW传感器在细胞检测中的应用 |
5.2 高频SAW脉冲压缩器在射频链路中的应用 |
5.2.1 背景与动机 |
5.2.2 SAW脉压接收链路设计与实现 |
5.2.3 基于SAW脉冲压缩器接收链路测试结果 |
5.3 本章小结 |
第六章 总结与展望 |
6.1 本文工作总结 |
6.2 本文工作展望 |
致谢 |
参考文献 |
作者在学期间取得的学术成果 |
(10)高频高功率耐受性声表面波滤波器材料及器件研究(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
第1章 绪论 |
1.1 声表面波器件概述 |
1.1.1 声表面波器件兴起与发展 |
1.1.2 声表面波器件原理与特点 |
1.1.3 声表面谐振器和声表面波延迟线 |
1.2 声表面波滤波器 |
1.2.1 声表面波滤波器的市场前景 |
1.2.2 声表面波滤波器主要性能参数及分类 |
1.3 高频高功率耐受性声表面波材料研究现状 |
1.3.1 高频高功率耐受性声表面波滤波器研究现状 |
1.3.2 高频声表面波滤波器基片材料研究现状 |
1.3.3 高功率耐受性声表面器件电极材料研究现状 |
1.4 本文研究思路及主要内容 |
第2章 制备及表征方法 |
2.1 薄膜材料的制备 |
2.1.1 ZnO薄膜的制备 |
2.1.2 电极薄膜的制备 |
2.2 薄膜材料的表征 |
2.2.1 薄膜取向及织构表征 |
2.2.2 薄膜表面形貌与结构表征 |
2.2.3 薄膜截面微观结构表征 |
2.2.4 薄膜化学成分表征 |
2.3 声表面波器件的制备 |
2.3.1 叉指换能器图形制作 |
2.3.2 声表面波滤波器的封装 |
2.4 声表面波器件的测试与表征 |
2.4.1 叉指换能器形貌表征 |
2.4.2 电极材料抗电迁移性能测试 |
2.4.3 叉指横截面微观结构表征 |
2.4.4 器件散射参数测试 |
2.4.5 频率温度系数测试 |
2.4.6 功率耐受性测试 |
第3章 Ni过渡层对Al电极抗声迁移性能影响 |
3.1 Al/Ni电极薄膜的制备 |
3.2 不同厚度Ni过渡层上Al膜形貌及结构 |
3.2.1 不同厚度Ni过渡层上Al膜的XRD |
3.2.2 不同厚度Ni过渡层上Al膜的AFM |
3.3 强(111)Al膜形成机制 |
3.3.1 不同厚度Ni过渡层的RHEED衍射斑点 |
3.3.2 铝膜的微观结构 |
3.4 基于Al/Ni电极的1.5GHz声表面波滤波器功率耐受性 |
3.4.1 Al膜的抗电迁移性能 |
3.4.2 1.5GHz声表面波滤波器功率耐受性 |
3.5 本章小结 |
第4章 多层膜电极对声表面波滤波器功率耐受性的影响 |
4.1 叉指电极工作状态的有限元分析 |
4.1.1 叉指电极有限元模型 |
4.1.2 叉指电极工作时应力分布 |
4.1.3 叉指电极工作时弹性应变能分布 |
4.2 多层电极的制备 |
4.3 Al/Ti/Cu/Ti电极对2.1GHz声表面波滤波器功率耐受性的影响 |
4.3.1 Al/Ti/Cu/Ti电极的结构和滤波器频率响应 |
4.3.2 Al/Ti/Cu/Ti电极的抗电迁移寿命和滤波器的功率耐受性 |
4.3.3 Al/Ti/Cu/Ti多层膜的晶体质量和表面形貌 |
4.3.4 滤波器功率耐受性测试前后频率响应和电极形貌变化 |
4.3.5 Al/Ti/Cu/Ti电极功率耐受性测试前后微观结构和成分变化 |
4.4 Al/Cu/Ti电极对2.7GHz声表面波滤波器功率耐受性的影响 |
4.4.1 Al/Cu/Ti电极结构和滤波器频率响应 |
4.4.2 Al/Cu/Ti互联线电阻和滤波器功率耐受性 |
4.4.3 Al/Cu/Ti多层膜的晶体结构和织构 |
4.4.4 Al/Cu/Ti电极功率耐受性测试前后形貌变化 |
4.4.5 Al/Cu/Ti电极功率耐受性测试前后微观结构和成分变化 |
4.4.6 Al/Cu/Ti电极功率耐受性测试前后结构变化机制 |
4.5 本章小结 |
第5章 基于ZnO/6H-SiC的高频声表面波器件 |
5.1 ZnO/6H-SiC复合基片上声表面波理论分析 |
5.1.1 压电耦合波动方程 |
5.1.2 转移矩阵和刚度矩阵 |
5.1.3 有效介电常数 |
5.1.4 基于ZnO/6H-SiC结构的Comsol有限元模拟 |
5.2 镀膜参数对ZnO织构、应力和表面形貌的影响 |
5.2.1 溅射气压对ZnO织构、应力和表面形貌的影响 |
5.2.2 O2/Ar流量比对ZnO织构、应力和表面形貌的影响 |
5.2.3 基片温度对ZnO织构、应力和表面形貌的影响 |
5.2.4 溅射功率对ZnO结构、应力、表面形貌和成分的影响 |
5.3 ZnO/6H-SiC复合基片上声表面波单端谐振器性能 |
5.3.1 单端谐振器结构与制备 |
5.3.2 声波模式和谐振电路分析 |
5.3.3 ZnO/6H-SiC复合基片的声速 |
5.3.4 ZnO/6H-SiC复合基片的机电耦合系数 |
5.3.5 ZnO/6H-SiC复合基片上单端谐振器的品质因子 |
5.3.6 ZnO/6H-SiC复合基片上单端谐振器的温度系数 |
5.4 基于ZnO/6H-SiC复合基片的高频滤波器 |
5.5 本章小结 |
结论 |
参考文献 |
致谢 |
个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果 |
四、〈101〉取向织构氮化铝薄膜的制备研究(论文参考文献)
- [1]柔性外延ZnO薄膜的压电特性研究[D]. 冯锦聪. 汕头大学, 2021(02)
- [2]氧掺杂AlN薄膜结构与性能研究[D]. 程建军. 大连理工大学, 2021(01)
- [3]碳纳米管-碲化铋复合热电薄膜材料与器件的制备和性能研究[D]. 赵洋. 中国科学技术大学, 2021(09)
- [4]化学气相沉积钽涂层工艺、成膜规律及耐蚀性能研究[D]. 蔡宏中. 昆明理工大学, 2021(02)
- [5]基于磁控溅射制备技术面向大尺寸基板氮化铝薄膜的研究[D]. 李宏广. 长春大学, 2020(01)
- [6]石墨烯三维宏观体的设计与调控及其在热界面材料领域的应用研究[D]. 代文. 中国科学院大学(中国科学院宁波材料技术与工程研究所), 2020(02)
- [7]电场增强阴极弧放电及Ti(Al,Cr)SiCN薄膜制备和性能研究[D]. 孔营. 哈尔滨工业大学, 2019(01)
- [8]功率电子器件封装用氮化铝陶瓷基板覆铜的研究[D]. 陈科成. 中国计量大学, 2019(02)
- [9]复合膜结构高频声表面波器件设计、制备及应用[D]. 王磊. 国防科技大学, 2018(01)
- [10]高频高功率耐受性声表面波滤波器材料及器件研究[D]. 李起. 清华大学, 2018(06)