吉林大学电子科学与工程学院 集成光电子学国家重点联合实验室，吉林 长春 130012
通过对p型砷化镓（p?GaAs）单晶衬底高温热氧化方法制备了β?Ga2O3体块薄膜。探讨了高温氧化过程中O2流量对β?Ga2O3体块薄膜形貌的影响。通过对体块薄膜的晶体质量、结构特性、光致发光特性的测试分析，可以发现在高温高氧环境下GaAs转变为β?Ga2O3体块薄膜的过程与Langmuir蒸发相关。当O2流量较低时（0.2 L/min），GaAs衬底处于缺氧状态，所制备样品呈现纳米线状形貌；而当通入O2流量超过0.4 L/min时，GaAs衬底被完全氧化为具有纳米岛状结构的β?Ga2O3体块薄膜，且晶体质量得到显著提高。本文提出的砷化镓单晶热氧化工艺可以高效、低成本地获得较高结晶质量的纳米结构β?Ga2O3体块薄膜，对于β?Ga2O3材料的应用具有极大的丰富作用。
热氧化 纳米岛状体块薄膜 β-Ga2O3 氧气流量 thermal oxidation nano island bulk film β-Ga2O3 oxygen flow rate
1 贵州大学大数据与信息工程学院, 贵阳 550025
2 贵州省微纳电子与软件技术重点实验室, 贵阳 550025
3 半导体功率器件可靠性教育部工程研究中心, 贵阳 550025
硅通孔(TSV)在三维集成系统中扮演着非常重要的角色。BOSCH刻蚀技术是当前主流的硅通孔刻蚀方法, 因为刻蚀和钝化交替进行, 这种干法刻蚀工艺不可避免地会在硅通孔的内部形成扇贝纹, 其尺度一般在几十纳米到几百纳米不等。扇贝纹会导致后续填充的各层材料以及它们之间的界面不平滑, 从而严重影响TSV的性能以及三维集成系统的可靠性。高温热氧化时, 较高氧气流量可确保硅通孔内部氧气浓度基本均匀, 扇贝纹凸起处的二氧化硅生长速率相对较快。交替循环进行高温热氧化和腐蚀二氧化硅, 可有效削减硅通孔内壁的扇贝纹。对深宽比为8∶1的硅通孔, 经过四次高温热氧化(每次氧化的工艺条件为: 1 150 ℃、湿氧氧化10 min)和四次腐蚀二氧化硅后, 内壁的扇贝纹起伏最大值从最初的400 nm降到了90 nm。实验结果表明该方法削减扇贝纹的效果十分明显。
扇贝纹 硅通孔 BOSCH刻蚀技术 高温热氧化 三维集成 scallop pattern through silicon via BOSCH etching technology high temperature thermal oxidation three-dimensional integration
1 齐鲁工业大学(山东省科学院) 山东省科学院自动化研究所 超宽带与太赫兹技术培育性重点实验室, 山东 济南 250014
2 吉林大学 仪器科学与电气工程学院, 吉林 长春 130061
天然橡胶制品的老化是其使用中普遍存在的现象, 老化的本质是材料本身存在缺陷而容易被外部因素影响。介电谱是表征电介质对电磁波频率或温度的依赖关系, 是微观极化的一种宏观体现。参照橡胶热空气老化标准GB/T3512-2014, 对天然硫化橡胶在100 ℃实验箱中进行了1 000余小时热氧实验, 研究样品的太赫兹介电谱随老化时间的变化关系。通过跟踪测试, 获取了橡胶每24 h在0.2~1.2 THz的复介电常数和损耗角正切值有效数据, 根据复介电常数数值可以推导橡胶的极化特点和统计性的微观运动类型, 进而分析用太赫兹介电谱表征的天然硫化胶热氧老化过程中分子结构变化和相互的对应关系。由于材料老化的相通性, 该结果对研究其他高分子材料的老化也能起到积极的意义。
太赫兹 热氧老化 介电常数 天然硫化橡胶 terahertz thermal oxidation aging dielectric constant natural rubber vulcanizates 红外与激光工程
2018, 47(10): 1025002
1 上海理工大学光电信息与计算机工程学院, 上海 200093
2 教育部光学仪器与系统工程研究中心, 上海市现代光学系统重点实验室, 上海 200093
采用真空电子束蒸发技术及后续热氧化技术,在玻璃基底上制备了不同厚度的金属铜薄膜。采用X射线衍射、X射线光电子能谱分别表征了所制备的金属铜薄膜的晶体结构和元素组成。采用紫外-可见-近红外分光光度计及拉曼光谱仪分别分析了所制备的金属铜薄膜的吸收谱和表面增强拉曼光谱(SERS)活性。随着膜厚的增加,退火后的薄膜样品由非晶态转变为(111)面择优生长的多晶态,且其吸收边发生红移。当退火温度为200 ℃、退火时间为60 min时,能够获得单一相的纳米氧化亚铜(Cu2O)薄膜。薄膜样品SERS活性随纳米Cu2O薄膜吸光度的增大而增强。
材料 薄膜 表面增强拉曼光谱活性 纳米Cu2O薄膜 真空电子束蒸发 热氧化
1 中国科学院固体物理研究所 材料物理重点实验室, 合肥 230031
2 中国科学技术大学, 合肥 230026
采用金属辅助化学刻蚀方法结合纳米球模板技术制备出了有序硅纳米线阵列。硅纳米线阵列经过高温热氧化形成一定厚度的氧化层, 再使用稀释的HF溶液去除表面氧化层得到可控直径/周期比、低孔隙密度的有序纳米线阵列。主要研究了氧化温度、氧化时间对硅纳米线形貌的影响, 并根据扩展的Deal-Grove模型计算了硅纳米线氧化层厚度与氧化时间的关系, 讨论了氧化过程中应力分布的影响, 理论计算结果与实验结果一致。最后, 采用两步氧化的方法制备出了低直径/周期比(约0.1)、低孔隙密度的有序硅纳米线阵列。
金属辅助化学刻蚀 热氧化 低直径/周期比 硅纳米线 扩展Deal-Grove模型 metal-assisted chemical etching thermal oxidation low diameter-to-pitch ratio silicon nanowire extended Deal-Grove model
1 上海理工大学 光电信息与计算机工程学院, 上海200093
2 上海理工大学 上海市现代系统光学重点实验室, 上海200093
采用真空电子束蒸发金属薄膜及后续热氧化技术在石英衬底上分别制备出了ZnO、Al∶ZnO以及Sn∶ZnO薄膜。通过X射线衍射仪(XRD), 紫外可见分光光度计和原子力显微镜(AFM)等分析仪器对比研究了Al、Sn掺杂对ZnO薄膜结晶质量、光学性质及表面形貌的影响。测试结果表明, Al、Sn掺杂可以使薄膜结晶质量得到提高, 薄膜应力部分释放, 薄膜表面的粗糙度也相应增加, 掺杂对薄膜光学带隙的影响在一定程度取决于金属薄膜的氧化程度, 氧化充分可以使光学带隙变宽, 反之则变窄。
ZnO薄膜 热氧化 掺杂 可见光谱 微结构 ZnO thin film thermal oxidation dopants visible spectrum microstructure
电子工程学院 脉冲功率激光技术国家重点实验室，安徽省红外与低温等离子体重点实验室，合肥230037
采用直流磁控溅射的方法在普通玻璃上制备了低价的氧化钒薄膜，在氧气和氩气混合气氛中，对所制备的薄膜进行不同时间的热处理，得到具有相变特性的VO2薄膜。分别利用X射线衍射(XRD)和场发射扫描电镜(SEM)分析了薄膜的组分、结晶结构和表面形貌，利用四探针法测试了薄膜的电阻。结果表明: 热处理前的氧化钒薄膜主要成分为V2O3，经过热氧化处理后，低价的氧化钒被氧化，薄膜中VO2含量增加，薄膜发生金属-半导体相变，其中450℃、2h为最佳处理参数，其电阻相变幅度超过2个数量级，薄膜的相变温度仅为30℃。
直流磁控溅射 氧化钒薄膜 热氧化 低相变温度 DC magnetron sputtering vanadium oxide thin film thermal oxidation low phase transition temperature
1 深圳大学光电子学研究所教育部和广东省光电子器件与系统重点实验室, 广东深圳 518060
2 天津大学精密仪器与光电工程学院, 天津 300000
利用大面积硅片制作 X 射线光栅和硅基微通道板等都涉及硅的热氧化工艺。热氧化使具有高深宽比微结构的大面积硅片产生形变, 严重影响了这些器件的应用。本文以 5 英寸硅片为例, 研究了硅基微结构在热氧化过程中的变形问题, 定性分析了产生形变的力学因素, 提出了减小形变的氧化方法。首先实验制作了具有高深宽比微结构的硅片, 采用不同的氧化方法, 比较了变形的大小。结果表明, 通过控制热氧化过程中的温度来控制热膨胀系数和在热氧化过程中施加外部热塑应力等方法能够有效地减小热氧化变形量。
硅 热氧化 高深宽比 热膨胀系数 热塑性形变 silicon thermal oxidation high aspect ratio thermal expansion coefficient plastic deformation
1 厦门大学物理系, 福建 厦门 361005
2 集美大学理学院,福建 厦门 361021
采用扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)和X射线光电子能谱(XPS)测试方法对 4H-SiC上 热氧化生长的氧化硅(SiOx)薄膜表面形貌进行观测,并分析研究 SiOx 薄膜和 SiOx/4H-SiC 界面的相关性质, 包括拟合 Si2p、O1s 和 C1s 的 XPS谱线和分析其相应的结合能,以及分析SiOx 层中各主要元素随不同深度的 组分变化情况,从而获得该热氧化 SiOx 薄膜的化学组成和化学态结构,并更好地了解其构成情况 以及 SiOx/4H-SiC 的界面性质。
SiOx薄膜 热氧化 X射线光电子能谱 materials SiOx film thermal oxidation 4H-SiC X-ray photoelectron spectroscopy 4H-SiC
