钌酸锶薄膜(完整版)实用资料

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钌酸锶薄膜钌酸锶薄膜（完整版）实用资料(可以直接使用，可编辑完整版实用资料，欢迎下载）第00254号注释钌酸锶相对于铁电容器而言是一个电位电极材料。此类薄膜设备的电性质取决于电极的或是铁电接头的电子属性，用于钌酸滴定的钌酸锶就拥有出色的特性。当然薄膜的厚度在电容器中也显得非常的重要，因为它决定了最终容器的大小。随着电子设备的越来越小，相应的薄膜应该越来越薄。为了满足市场需求，在过去的二十年里，薄膜材料已经取得了巨大的进步。开发新的原位分析技术比如高能电子衍射使之可能以受控的方式产生高纯度的单层薄膜。这些层分析在以原子力显微镜和扫描隧道显微镜为主的多种扫描探针方法发明的日子里也经历了一种变革。扫描大小：2μmx2μm;z-范围：2.5纳米钌酸锶成像是具有高分辨率扫描仪的整合多功能原子力显微镜在动态力模式下完成的。原子力显微镜的成像恰好的显示了沉淀薄膜的阶梯结构。测量工具：实用型原子力显微镜应用领域：涂料NaniteB材料科学整合多功能原子力显微镜新材料Nanosurf公司的地址和联系方式：2125CenterAvenue,Suite507FortLee,NJ07024/USAPhone:201-720-2829Fax:201-302-6062Nanosurf公司总代理：Grammetstrasse14CH-4410Liestal/SwitzerlandPhone:+41-61-9275646Fax:+41-61-9275647情境二：商品塑料和复合软包装材料与容器的选用及性能检测项目二：常见塑料薄膜的成型方法及发展趋势学时：6h任务8：商品包装用塑料薄膜选用案例的讨论一、教案头本次课程标题：商品包装用塑料薄膜选用案例的讨论（2学时）授课班级上课时间上课地点实训室教学目标能力（技能）目标知识目标1、理解塑料薄膜阻隔性能影响因素；2、能正确分析引起薄膜性能发生变化的外部条件；3、掌握商品包装用塑料薄膜选用方法。薄膜阻隔性能影响因素的含义。能力训练任务及案例训练任务：1、学生课上要做关于塑料薄膜阻隔性影响因素分析的PPT报告。2、针对具体商品学生要完成商品包装选材并说明理由。案例：参考资料1．郝晓秀、曹菲、付春英编著，《包装材料性能检测及选用》，中国轻工业出版社2．徐文达等编著，《食品软包装材料与技术》，机械工业出版社二、教学设计步骤教学内容教学方法教学手段学生活动时间分配告知告知学生本次课程结束后学生应该掌握的技能和知识讲解多媒体课件听讲5分钟聚乙烯醇塑料薄膜的认识PA薄膜性能分析讲解、提问多媒体课件听讲、讨论10分钟PVA薄膜性能分析10分钟EVOH薄膜性能分析10分钟PET薄膜性能分析10分钟教师提出问题并请学生做报告塑料薄膜性能影响因素分析报告、讨论多媒体课件听讲讨论10分钟教师对报告做分析从分子结构上分析塑料薄膜的性能讲解多媒体课件听讲15分钟学生做食品包装选材报告对方便面内蔬菜包、调料包、油包、酱包做选材分析报告、讨论多媒体课件听讲15分钟教师总结并布置作业1、对学生的汇报给予评价；2、布置课后学习的参考书目讲解听讲5分钟第16卷第4期强激光与粒子束Vol.16,No.42004年4月HIGHPOWERLASERANDPARTICLEBEAMSApr.,2004文章编号:100124322(20040420449204脉冲激光气相沉积法制备钴纳米薄膜实验研究Ξ张超1,2,吴卫东1,2,程新路1,杨向东1,许华2,陈志梅2,唐永建2,孙卫国1,陈正豪3,周岳亮3,何英杰1,2,谢军2(1.四川大学原子与分子物理研究所,四川成都610064;2.中国工程物理研究院激光聚变研究中心,四川绵阳621900;3.中国科学院物理研究所,北京100080摘要:采用脉冲激光沉积技术制备了钴纳米薄膜,分析和讨论了不同背景气压和脉冲频率对钴纳米薄膜表面形貌的影响及纳米微粒的形成机理。实验结果表明:在低背景气压下,等离子体羽辉自身粒子之间的碰撞占主导作用,容易形成液滴;在较高背景气压下,等离子体羽辉边缘粒子和背景气体粒子之间的碰撞占主导作用,容易形成小岛并凝聚成微颗粒;在4Hz的脉冲重复频率和5Pa背景气压下生长出单分散性良好的钴纳米颗粒。关键词:脉冲激光气相沉积;钴;单分散性;纳米薄膜中图分类号:TN304.05;TN249文献标识码:A由于晶体粒径进入纳米级后产生的量子尺寸效应、量子限域效应和界面效应,使得纳米晶体的性能在光、电、声、磁等诸多方面发生变化,有些甚至是突变性的,从而使晶体的光电子性能研究有可能取得重大突破[1～3]。金属钴作为一种强磁性物质和重要的信息功能材料,在超高密度信息存储、单电子器件、磁密封以及催化领域有着广阔的应用前景,得了广泛的研究[4～6],而制备窄粒径分布的单分散性钴纳米颗粒更是当前研究的热点之一。制备纳米颗粒的技术很多,诸如球磨法、胶体化学法、电沉积和溅射法等等[7～9]。同其它方法相比,脉冲激光沉积技术(PLD具有操作简单,沉积速率较高等优点。但是用脉冲激光沉积技术制备的纳米颗粒的生长过程十分复杂,仍没有被完全认识。为了弄清楚实验参数对纳米颗粒平均粒径的影响以及纳米颗粒的生长机理,我们做了一系列的实验来研究形成单分散性金属纳米颗粒所需要的最佳条件。Fig.1Schematicdiagramofpulsedlaserdepositionapparatus图1脉冲激光沉积系统装置示意图1实验方法1.1实验原理制备钴纳米薄膜的脉冲激光沉积系统如图1所示。准分子脉冲激光束聚焦后作用于真空室内的钴靶材表面,靶在极短的时间内被加热熔化、气化,并在表面产生高温高压钴等离子体,该等离子体在垂直于靶材表面方向局域膨胀发射,从而在基片上凝聚成核进而形成薄膜。该过程通常可分为三个阶段:(1激光辐射与靶的相互作用,(2等离子体的定向局域等温绝热膨胀发射,(3激光等离子体与基片表面的相互作用及薄膜核的形成和生长[10]。1.2样品制备采用KrF准分子脉冲激光器(波长为248nm,脉冲宽度为20ns,激光经过激光扫描装置并经过透镜聚焦后以45°打在高纯钴(99.9%靶材表面。激光扫描装置采取x2y扫描方式,其主要目的是使脉冲激光束能均匀的打在靶面上,从而得到均匀的薄膜;而且x2y扫描方式可以使靶表面形成一方形(不一定为正方形的烧蚀面,从而延长靶材的使用寿命。图1中窗口1为激光(248nm入射口,窗口2和3为观察窗口,4为背景气体入口。沉积过程中的实验参数如表1所示,其中,lt-s表示靶与基片的距离,τ,E,f,λ分别为激光脉冲宽度、能量、Ξ收稿日期:2003210215;修订日期:2004202223基金项目:国家自然科学基金资助课题(10276037;国家863计划项目和中国工程物理研究院激光聚变研究中心创新基金资助课题作者简介:张超(1978—,男,硕士研究生,主要从事薄膜物理的研究;E2mail:ny-zc@。表1脉冲沉积过程中的实验参数Table1ParametersofpulsedlaserdepositionsubstrateSi(111targetColt-s/cm5.5p0/Pa2×10-4τ/ns20pH/Pa10-2～10E/mJ120plusenumber360f/Hz2,4Ts/K300λ/nm248ω/Hz20频率、波长,p0为本底气压,pH为背景氢气压强,Ts为衬底温度,ω为靶材转动频率。由于靶材表面的形貌会改变,为了避免由此而造成微颗粒的溅射和薄膜表面微液滴的出现[11],以及沉积速率降低[12]等问题的产生,在沉积过程中,靶材以20Hz的频率转动。此外,为了防止靶材表面氧化层沉积到基片表面,先用挡板遮着基片预打靶几min,然后移开挡板开始镀膜。影响薄膜质量的因素有很多,如基片温度、能量密度、靶基距、背景气压、激光频率、激光波长等。本文通过改变背景气压(高纯氢气和激光重复频率的方法,分析了室温条件下氢气压力对钴纳米薄膜表面形貌的影响。钴薄膜的表面形貌采用DigitalInstrumentNanoscopeIIIa型原子力显微镜(AFM以接触模式进行测试,形貌分析数据由该设备相应的软件给出。2实验结果当激光脉冲重复频率为2Hz时,薄膜表面形貌随背景气压的变化情况如图2所示,氢气压力从1.5×10-2Pa上升到10Pa。从图中可以看出,钴纳米薄膜的表面形貌和背景氢气压力之间有着明显的依赖关系。当背景气压低于5×10-1Pa时形成了连续的钴纳米薄膜,连续的薄膜上面呈现出一些分布不是很均匀的鹅卵状小丘,这很可能是激光与靶材相互作用产生的液滴所造成的,而且随着背景气压的升高,这些小丘有逐渐变小的趋势,较大的颗粒明显减少。当背景气压在5Pa左右时形成了单分散性的纳米颗粒,而在10Pa附近时则形成Fig.2AFMmicrographofsamplesurfaceofnano2cobaltthinfilmatarepetitionrateof2Hz图22Hz脉冲频率下钴纳米薄膜的AFM图Fig.3AFMmicrographofsamplesurfaceofnano2cobaltthinfilmatarepetitionrateof4Hz图34Hz脉冲频率下钴纳米薄膜的AFM图054强激光与粒子束第16卷了有针孔的网络状结构。当激光重复频率为4Hz,背景氢气压力分别为3.8,5和9.6Pa时,钴纳米薄膜的表面形貌如图3所示。可以看出在此条件下,钴纳米颗粒薄膜呈单分散性生长,颗粒分布十分均匀。在压力约为4Pa时,颗粒的团聚作用明显,形成了较大的颗粒聚合体;而在9.6Pa时,颗粒近似成球状,且密度增大,分布更加密集。3分析与讨论大量的实验和理论研究[13～15]表明,在激光与靶材作用中,会形成垂直于靶材表面并在空间一般成cosnθ(2≤n≤6分布的等离子体羽辉。在真空状态下,等离子体羽辉自身熔蚀粒子的碰撞决定着等离子体羽辉的角分布[14,15];而在存在背景气体时,还必须考虑等离子体边缘粒子和背景气体之间的碰撞作用[16];在背景气压为几十Pa的区域内,冲击波模型可以很好地描述它们之间的相互作用[17,18]。当熔蚀粒子的密度和能量不高时,等离子体羽辉和背景气体的相互作用可以认为是分子束被背景气体粒子弹性散射,如在较低的背景气压(p≤0166Pa下,观察到了由于弹性碰撞而使分子束衰减的现象[19]。此外,背景气体使熔蚀粒子的背散射增加也是影响沉积过程的一个重要因素,熔蚀粒子和背景气体的碰撞使到达基底的熔蚀粒子的数量减少。图2(a～d是在较低的背景气压下所得到的薄膜,等离子体羽辉内部粒子之间的碰撞是主要因素。上述理论可以部分地解释薄膜的形成机理,在低背景气体压力下,熔蚀粒子所形成的等离子体羽辉体积较大而其中的原子或离子的密度较小,粒子的平均自由程也较大,熔蚀粒子几乎没有受到碰撞就到达基底,从而在薄膜表面出现了微液滴状的颗粒[20]。随着背景气压的升高,等离子体羽辉与背景气体粒子之间的相互作用成为影响薄膜形成的主要因素。此时背景气体对等离子体羽辉的限制作用增强,等离子体的体积减小,粒子之间碰撞的几率增大,到达基底的粒子的平均能量减小[15],粒子的迁移能力减弱,从而形成小岛和高密度核,这些小岛最后很快凝聚形成微颗粒。图3表明了形成的纳米量级的微颗粒。由于背景气压的增大,熔蚀粒子的背散射增强,薄膜的沉积速率降低,这也是形成单分散性纳米颗粒的主要原因。对比图2(f和图3(c可以发现,在激光能量密度和背景气压一定、脉冲频率较低的条件下,在薄膜的表面形成了带针孔的网络状结构;而脉冲频率较高时针孔消失,清晰的核形成并继而凝聚形成岛状的十分均匀、细密的颗粒结构,用原子力显微镜观察,发现其粒径大都在15～25nm之间。激光脉冲频率是影响薄膜质量的重要因素,它决定了沉积速率和外延层表面的光滑程度,高的重复频率可以提高沉积速率,但不能使沉积在基片上的粒子有充分的时间进行迁移和重构,最终形成近似岛状的小颗粒。这与ChanLC在研究YBCO时的结果也是一致的[20]。从这些AFM图可以看出,在沉积过程中适当的通入一定量的背景气体不仅可以减少薄膜表面微液滴的出现,而且更有利于纳米颗粒的形成。沉积粒子与基片之间的相互作用能是影响薄膜生长模式的主要原因,低的背景气压下沉积粒子与基片之间的作用能较大,粒子的迁移能力强,从而出现微液滴和层状生长的连续薄膜;背景气压升高后,沉积粒子与基片之间的相互作用减弱,导致岛状颗粒的形成。4结论用PLD法在Si(111基片上制备了钴纳米薄膜,并生长出了单分散性良好的钴纳米颗粒和有针孔的网络状结构。AFM分析表明背景气压变化对薄膜表面形貌变化有着重要的影响。在真空或较低的背景气压下(小于等于5×10-1Pa,等离子体羽辉自身粒子之间的碰撞占据主导作用,而在较高的背景气压下(几十Pa等离子体羽辉边缘粒子和背景气体粒子之间的碰撞则成为主要因素,此时冲击波模型可以很好的描述其相互作用。脉冲频率对薄膜的形貌也有重要影响,高的脉冲频率更有利于颗粒膜的形成。在4Hz脉冲频率、5Pa背景气压下生长出了单分散良好的钴纳米颗粒。致谢:感谢高党忠老师在原子力显微镜测试方面给予的帮助!参考文献:[1]KodamaRH,EdelsteinAS.Synthesisandcharacterizationofmagneticnanocompositefilms[J].JApplPhy,1999,85(8:4316—4318.[2]AndresRP,BeinT,DorogiM.Coulombstaircaseatroomtemperatureinaself2assembledmolecularnanostructure[J].Science,1996,272:1323—1325.[3]BlackCT,MurrayCB,SandstormRL,etal.Spin2dependenttunnelinginself2assembledcobalt2nanocrystalsuperlattices[J].Science,2000,290:1131—1134.[4]SunSH,MurrayCB.Synthesisofmonodispersecobaltnanocrystalsandtheirassemblyintomagneticsuperlattices[J].JApplPhy,1999,85:4325—4330.[5]GrafH,VanceaJ,HooffmannH.Single2electrontunnelingatroomtemperatureincobaltnanoparticles[J].ApplPhysLett,2002,80:1264—1266.[6]ShimaT,MoriguchiT,MitaniS,etal.Low2temperaturefabricationofL10orderedFePtalloybyalternatemonatomiclayerdeposition[J].ApplPhysLett,2002,80:288—290.[7]MeiklejohnWH,BeanCP.Newmagneticanisotropy[J].PhysRev,1957,105:904—913.[8]ChenJP,SorensenCM,KlabundeKJ,etal.Enhancedmagnetizationofnanoscalecolloidalcobaltparticles[J].PhysRevB,1995,51:11527—11532.[9]KitakamiO,SatoH,ShimadaY,etal.Sizeeffectonthecrystalphaseofcobaltfineparticles[J].PhysRevB,1997,56:13849—13854.[10]吴卫东,许华,魏胜,等.脉冲激光气相沉积技术及在ICF薄膜靶制备中的应用[J].强激光与粒子束,2002,14(6:873.(WuWD,XuH,WeiS,etal.PulselaservapordepositiontechnologyandapplicationinfabricationoftheICFfilm2targets[J].HighPowerLaserandParticleBeams,2002,14(6:873[11]VandeRietE,NillesenCJCM,DielemanJ.Reductionofdropletemissionandtargetrougheninginlaserablationanddepositionofmetals[J].JApplPhy,1993,74:2021—2021.[12]FoltynSR,DyeRC,OttKC,etal.TargetmodificationintheexcimerlaserdepositionofYBa2Cu3O7∃xthinfilms[J].ApplPhysLett,1991,59:594—596.[13]VenkatesanT,WuXD,InamA,etal.ObservationoftwodistinctcomponentsduringpulsedlaserdepositionofhighTCsuperconductingfilms[J].ApplPhysLett,1988,52:1193—1195.[14]UrbassekHM,SiboldD.Gas2phasesegregationeffectsinpulsedlaserdesorptionfrombinarytargets[J].PhysRevLett,1993,70,1886—1889.[15]SiboldD,UrbassekHM.Effectofgas2phasecollisionsinpulsed2laserdesorption:athree2dimensionalMonte2Carlosimulationstudy[J].JApplPhys,1993,73:8544—8551.[16]KoolsJCS.Monte2Carlosimulationsofthetransportoflaser2ablatedatomsinadilutedgas[J].JApplPhys,1993,74:6401—6406.[17]DyerPE,IssaA,KeyPH.Dynamicsofexcimerlaserablationofsuperconductorsinanoxygenenvironment[J].ApplPhysLett,1990,57:186—188.[18]GuptaA,BrarenB,CaseyKG,etal.DirectimagingofthefragmentsproducedduringexcimerlaserablationofYBa2Cu3O7∃X[J].ApplPhysLett,1991,59:1302—1304.[19]ItinaTE,MarineW,AutricM.Monte2Carlosimulationofpulsedlaserablationfromtwo2componenttarget[J].JApplPhys,1997,82(7:3536—3542.[20]ChenLC.Pulsedlaserdepositionofthinfilms[M].NewYork:Wiley,1994.Fabricationofcobaltnano2thinfilmbypulsedlaserdepositiontechnologyZHANGChao1,2,WUWei2dong1,2,CHENGXin2lu1,YANGXiang2dong1,XUHua2,CHENZhi2mei2,TANGYong2jian2,SUNWei2guo1,CHENZheng2hao3,ZHOUYue2liang3,HEYing2jie1,2,XIEJun2(1.Institu