研究目的
研究在500°C下通过脉冲激光沉积法,使用混合及双硼-金刚石/石墨靶材以不同沉积速率制备的BCx薄膜的结构、电学和力学性能。
研究成果
采用混合硼掺杂金刚石靶材以低沉积速率制备的BCx薄膜具有较高的sp3键比例、低电阻率及优异的机械性能,适用于电子和摩擦学领域应用。而双靶材高沉积速率制备的薄膜因石墨化与成分不均匀导致性能下降。该研究表明沉积速率与靶材成分对调控薄膜特性具有重要影响。
研究不足
该研究仅限于特定沉积条件(500°C,真空环境),激光波长和沉积速率的影响可能无法完全推广。薄膜成分的不均匀性及颗粒物的存在可能影响测量准确性。需进一步优化参数并与其他方法进行对比。
1:实验设计与方法选择:
采用脉冲激光沉积(PLD)技术,分别使用混合硼掺杂金刚石靶材(低沉积速率模式LDR)和双硼石墨靶材(高沉积速率模式HDR)。LDR与HDR分别选用紫外(266 nm)和红外(1064 nm)激光波长以实现不同沉积速率。衬底温度设定为500°C以激活化学相互作用同时抑制石墨化。
2:样品选择与数据来源:
薄膜沉积于硅和氯化钠衬底。通过背散射能谱(RBS)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、电子能量损失谱(EELS)、穆斯堡尔谱(MRS)、X射线光电子能谱(XPS)、纳米压痕及电学测量等技术分析成分与性能。
3:实验设备与材料清单:
设备包括Nd:YAG激光器(LQ529,白俄罗斯)、扫描电镜(Tescan LYRA 3)、透射电镜(Carl Zeiss Libra 120)、X射线光电子能谱仪(K-Alpha,赛默飞世尔)、纳米压痕仪(Hysitron UBI750)、低温恒温器(CryoFree404)及朗缪尔探针。材料包含混合硼掺杂金刚石靶材(B/D2.6与B/D1.5)、双硼石墨靶材、硅/氯化钠衬底及铟锡合金接触电极。
4:3)、透射电镜(Carl Zeiss Libra 120)、X射线光电子能谱仪(K-Alpha,赛默飞世尔)、纳米压痕仪(Hysitron UBI750)、低温恒温器(CryoFree404)及朗缪尔探针。材料包含混合硼掺杂金刚石靶材(B/D6与B/D5)、双硼石墨靶材、硅/氯化钠衬底及铟锡合金接触电极。 实验流程与操作步骤:
4. 实验流程与操作步骤:采用特定激光参数(如LDR能量密度7 J/cm2,HDR 10 J/cm2)进行靶材烧蚀。沉积时间分别为LDR 20-30分钟,HDR 4分钟。沉积后对薄膜形貌、结构、成分、力学及电学性能进行表征。
5:数据分析方法:
通过解卷积处理EELS与XPS光谱,采用强度比分析MRS数据,运用标准公式计算电学与力学性能,并对多次测量结果进行统计分析。
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获取完整内容-
TEM
Libra 120
Carl Zeiss
High-resolution imaging and analysis of film structure.
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XPS
K-Alpha
Thermo Scientific
Analysis of chemical state and composition of films.
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Nd:YAG laser
LQ529
Belarus
Used for pulsed laser ablation of targets to deposit BCx films.
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SEM
LYRA 3
Tescan
Characterization of surface morphology and cross-sections of films.
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Nanoindenter
UBI750
Hysitron
Measurement of mechanical properties like hardness and Young's modulus.
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Cryostat
CryoFree404
Temperature control for electrical measurements from 4.2 K to 300 K.
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Langmuir probe
Measurement of ion fluxes in laser plasma.
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