釕酸鍶薄膜(完整版)實(shí)用資料

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釕酸鍶薄膜釕酸鍶薄膜（完整版）實(shí)用資料(可以直接使用，可編輯完整版實(shí)用資料，歡迎下載）第00254號(hào)注釋釕酸鍶相對(duì)于鐵電容器而言是一個(gè)電位電極材料。此類薄膜設(shè)備的電性質(zhì)取決于電極的或是鐵電接頭的電子屬性，用于釕酸滴定的釕酸鍶就擁有出色的特性。當(dāng)然薄膜的厚度在電容器中也顯得非常的重要，因?yàn)樗鼪Q定了最終容器的大小。隨著電子設(shè)備的越來越小，相應(yīng)的薄膜應(yīng)該越來越薄。為了滿足市場(chǎng)需求，在過去的二十年里，薄膜材料已經(jīng)取得了巨大的進(jìn)步。開發(fā)新的原位分析技術(shù)比如高能電子衍射使之可能以受控的方式產(chǎn)生高純度的單層薄膜。這些層分析在以原子力顯微鏡和掃描隧道顯微鏡為主的多種掃描探針方法發(fā)明的日子里也經(jīng)歷了一種變革。掃描大?。?μmx2μm;z-范圍：2.5納米釕酸鍶成像是具有高分辨率掃描儀的整合多功能原子力顯微鏡在動(dòng)態(tài)力模式下完成的。原子力顯微鏡的成像恰好的顯示了沉淀薄膜的階梯結(jié)構(gòu)。測(cè)量工具：實(shí)用型原子力顯微鏡應(yīng)用領(lǐng)域：涂料NaniteB材料科學(xué)整合多功能原子力顯微鏡新材料Nanosurf公司的地址和聯(lián)系方式：2125CenterAvenue,Suite507FortLee,NJ07024/USAPhone:201-720-2829Fax:201-302-6062Nanosurf公司總代理：Grammetstrasse14CH-4410Liestal/SwitzerlandPhone:+41-61-9275646Fax:+41-61-9275647情境二：商品塑料和復(fù)合軟包裝材料與容器的選用及性能檢測(cè)項(xiàng)目二：常見塑料薄膜的成型方法及發(fā)展趨勢(shì)學(xué)時(shí)：6h任務(wù)8：商品包裝用塑料薄膜選用案例的討論一、教案頭本次課程標(biāo)題：商品包裝用塑料薄膜選用案例的討論（2學(xué)時(shí)）授課班級(jí)上課時(shí)間上課地點(diǎn)實(shí)訓(xùn)室教學(xué)目標(biāo)能力（技能）目標(biāo)知識(shí)目標(biāo)1、理解塑料薄膜阻隔性能影響因素；2、能正確分析引起薄膜性能發(fā)生變化的外部條件；3、掌握商品包裝用塑料薄膜選用方法。薄膜阻隔性能影響因素的含義。能力訓(xùn)練任務(wù)及案例訓(xùn)練任務(wù)：1、學(xué)生課上要做關(guān)于塑料薄膜阻隔性影響因素分析的PPT報(bào)告。2、針對(duì)具體商品學(xué)生要完成商品包裝選材并說明理由。案例：參考資料1．郝曉秀、曹菲、付春英編著，《包裝材料性能檢測(cè)及選用》，中國(guó)輕工業(yè)出版社2．徐文達(dá)等編著，《食品軟包裝材料與技術(shù)》，機(jī)械工業(yè)出版社二、教學(xué)設(shè)計(jì)步驟教學(xué)內(nèi)容教學(xué)方法教學(xué)手段學(xué)生活動(dòng)時(shí)間分配告知告知學(xué)生本次課程結(jié)束后學(xué)生應(yīng)該掌握的技能和知識(shí)講解多媒體課件聽講5分鐘聚乙烯醇塑料薄膜的認(rèn)識(shí)PA薄膜性能分析講解、提問多媒體課件聽講、討論10分鐘PVA薄膜性能分析10分鐘EVOH薄膜性能分析10分鐘PET薄膜性能分析10分鐘教師提出問題并請(qǐng)學(xué)生做報(bào)告塑料薄膜性能影響因素分析報(bào)告、討論多媒體課件聽講討論10分鐘教師對(duì)報(bào)告做分析從分子結(jié)構(gòu)上分析塑料薄膜的性能講解多媒體課件聽講15分鐘學(xué)生做食品包裝選材報(bào)告對(duì)方便面內(nèi)蔬菜包、調(diào)料包、油包、醬包做選材分析報(bào)告、討論多媒體課件聽講15分鐘教師總結(jié)并布置作業(yè)1、對(duì)學(xué)生的匯報(bào)給予評(píng)價(jià)；2、布置課后學(xué)習(xí)的參考書目講解聽講5分鐘第16卷第4期強(qiáng)激光與粒子束Vol.16,No.42004年4月HIGHPOWERLASERANDPARTICLEBEAMSApr.,2004文章編號(hào):100124322(20040420449204脈沖激光氣相沉積法制備鈷納米薄膜實(shí)驗(yàn)研究Ξ張超1,2,吳衛(wèi)東1,2,程新路1,楊向東1,許華2,陳志梅2,唐永建2,孫衛(wèi)國(guó)1,陳正豪3,周岳亮3,何英杰1,2,謝軍2(1.四川大學(xué)原子與分子物理研究所,四川成都610064;2.中國(guó)工程物理研究院激光聚變研究中心,四川綿陽621900;3.中國(guó)科學(xué)院物理研究所,北京100080摘要:采用脈沖激光沉積技術(shù)制備了鈷納米薄膜,分析和討論了不同背景氣壓和脈沖頻率對(duì)鈷納米薄膜表面形貌的影響及納米微粒的形成機(jī)理。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:在低背景氣壓下,等離子體羽輝自身粒子之間的碰撞占主導(dǎo)作用,容易形成液滴;在較高背景氣壓下,等離子體羽輝邊緣粒子和背景氣體粒子之間的碰撞占主導(dǎo)作用,容易形成小島并凝聚成微顆粒;在4Hz的脈沖重復(fù)頻率和5Pa背景氣壓下生長(zhǎng)出單分散性良好的鈷納米顆粒。關(guān)鍵詞:脈沖激光氣相沉積;鈷;單分散性;納米薄膜中圖分類號(hào):TN304.05;TN249文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A由于晶體粒徑進(jìn)入納米級(jí)后產(chǎn)生的量子尺寸效應(yīng)、量子限域效應(yīng)和界面效應(yīng),使得納米晶體的性能在光、電、聲、磁等諸多方面發(fā)生變化,有些甚至是突變性的,從而使晶體的光電子性能研究有可能取得重大突破[1～3]。金屬鈷作為一種強(qiáng)磁性物質(zhì)和重要的信息功能材料,在超高密度信息存儲(chǔ)、單電子器件、磁密封以及催化領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景,得了廣泛的研究[4～6],而制備窄粒徑分布的單分散性鈷納米顆粒更是當(dāng)前研究的熱點(diǎn)之一。制備納米顆粒的技術(shù)很多,諸如球磨法、膠體化學(xué)法、電沉積和濺射法等等[7～9]。同其它方法相比,脈沖激光沉積技術(shù)(PLD具有操作簡(jiǎn)單,沉積速率較高等優(yōu)點(diǎn)。但是用脈沖激光沉積技術(shù)制備的納米顆粒的生長(zhǎng)過程十分復(fù)雜,仍沒有被完全認(rèn)識(shí)。為了弄清楚實(shí)驗(yàn)參數(shù)對(duì)納米顆粒平均粒徑的影響以及納米顆粒的生長(zhǎng)機(jī)理,我們做了一系列的實(shí)驗(yàn)來研究形成單分散性金屬納米顆粒所需要的最佳條件。Fig.1Schematicdiagramofpulsedlaserdepositionapparatus圖1脈沖激光沉積系統(tǒng)裝置示意圖1實(shí)驗(yàn)方法1.1實(shí)驗(yàn)原理制備鈷納米薄膜的脈沖激光沉積系統(tǒng)如圖1所示。準(zhǔn)分子脈沖激光束聚焦后作用于真空室內(nèi)的鈷靶材表面,靶在極短的時(shí)間內(nèi)被加熱熔化、氣化,并在表面產(chǎn)生高溫高壓鈷等離子體,該等離子體在垂直于靶材表面方向局域膨脹發(fā)射,從而在基片上凝聚成核進(jìn)而形成薄膜。該過程通常可分為三個(gè)階段:(1激光輻射與靶的相互作用,(2等離子體的定向局域等溫絕熱膨脹發(fā)射,(3激光等離子體與基片表面的相互作用及薄膜核的形成和生長(zhǎng)[10]。1.2樣品制備采用KrF準(zhǔn)分子脈沖激光器(波長(zhǎng)為248nm,脈沖寬度為20ns,激光經(jīng)過激光掃描裝置并經(jīng)過透鏡聚焦后以45°打在高純鈷(99.9%靶材表面。激光掃描裝置采取x2y掃描方式,其主要目的是使脈沖激光束能均勻的打在靶面上,從而得到均勻的薄膜;而且x2y掃描方式可以使靶表面形成一方形(不一定為正方形的燒蝕面,從而延長(zhǎng)靶材的使用壽命。圖1中窗口1為激光(248nm入射口,窗口2和3為觀察窗口,4為背景氣體入口。沉積過程中的實(shí)驗(yàn)參數(shù)如表1所示,其中,lt-s表示靶與基片的距離,τ,E,f,λ分別為激光脈沖寬度、能量、Ξ收稿日期:2003210215;修訂日期:2004202223基金項(xiàng)目:國(guó)家自然科學(xué)基金資助課題(10276037;國(guó)家863計(jì)劃項(xiàng)目和中國(guó)工程物理研究院激光聚變研究中心創(chuàng)新基金資助課題作者簡(jiǎn)介:張超(1978—,男,碩士研究生,主要從事薄膜物理的研究;E2mail:ny-zc@。表1脈沖沉積過程中的實(shí)驗(yàn)參數(shù)Table1ParametersofpulsedlaserdepositionsubstrateSi(111targetColt-s/cm5.5p0/Pa2×10-4τ/ns20pH/Pa10-2～10E/mJ120plusenumber360f/Hz2,4Ts/K300λ/nm248ω/Hz20頻率、波長(zhǎng),p0為本底氣壓,pH為背景氫氣壓強(qiáng),Ts為襯底溫度,ω為靶材轉(zhuǎn)動(dòng)頻率。由于靶材表面的形貌會(huì)改變,為了避免由此而造成微顆粒的濺射和薄膜表面微液滴的出現(xiàn)[11],以及沉積速率降低[12]等問題的產(chǎn)生,在沉積過程中,靶材以20Hz的頻率轉(zhuǎn)動(dòng)。此外,為了防止靶材表面氧化層沉積到基片表面,先用擋板遮著基片預(yù)打靶幾min,然后移開擋板開始鍍膜。影響薄膜質(zhì)量的因素有很多,如基片溫度、能量密度、靶基距、背景氣壓、激光頻率、激光波長(zhǎng)等。本文通過改變背景氣壓(高純氫氣和激光重復(fù)頻率的方法,分析了室溫條件下氫氣壓力對(duì)鈷納米薄膜表面形貌的影響。鈷薄膜的表面形貌采用DigitalInstrumentNanoscopeIIIa型原子力顯微鏡(AFM以接觸模式進(jìn)行測(cè)試,形貌分析數(shù)據(jù)由該設(shè)備相應(yīng)的軟件給出。2實(shí)驗(yàn)結(jié)果當(dāng)激光脈沖重復(fù)頻率為2Hz時(shí),薄膜表面形貌隨背景氣壓的變化情況如圖2所示,氫氣壓力從1.5×10-2Pa上升到10Pa。從圖中可以看出,鈷納米薄膜的表面形貌和背景氫氣壓力之間有著明顯的依賴關(guān)系。當(dāng)背景氣壓低于5×10-1Pa時(shí)形成了連續(xù)的鈷納米薄膜,連續(xù)的薄膜上面呈現(xiàn)出一些分布不是很均勻的鵝卵狀小丘,這很可能是激光與靶材相互作用產(chǎn)生的液滴所造成的,而且隨著背景氣壓的升高,這些小丘有逐漸變小的趨勢(shì),較大的顆粒明顯減少。當(dāng)背景氣壓在5Pa左右時(shí)形成了單分散性的納米顆粒,而在10Pa附近時(shí)則形成Fig.2AFMmicrographofsamplesurfaceofnano2cobaltthinfilmatarepetitionrateof2Hz圖22Hz脈沖頻率下鈷納米薄膜的AFM圖Fig.3AFMmicrographofsamplesurfaceofnano2cobaltthinfilmatarepetitionrateof4Hz圖34Hz脈沖頻率下鈷納米薄膜的AFM圖054強(qiáng)激光與粒子束第16卷了有針孔的網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)。當(dāng)激光重復(fù)頻率為4Hz,背景氫氣壓力分別為3.8,5和9.6Pa時(shí),鈷納米薄膜的表面形貌如圖3所示?？梢钥闯鲈诖藯l件下,鈷納米顆粒薄膜呈單分散性生長(zhǎng),顆粒分布十分均勻。在壓力約為4Pa時(shí),顆粒的團(tuán)聚作用明顯,形成了較大的顆粒聚合體;而在9.6Pa時(shí),顆粒近似成球狀,且密度增大,分布更加密集。3分析與討論大量的實(shí)驗(yàn)和理論研究[13～15]表明,在激光與靶材作用中,會(huì)形成垂直于靶材表面并在空間一般成cosnθ(2≤n≤6分布的等離子體羽輝。在真空狀態(tài)下,等離子體羽輝自身熔蝕粒子的碰撞決定著等離子體羽輝的角分布[14,15];而在存在背景氣體時(shí),還必須考慮等離子體邊緣粒子和背景氣體之間的碰撞作用[16];在背景氣壓為幾十Pa的區(qū)域內(nèi),沖擊波模型可以很好地描述它們之間的相互作用[17,18]。當(dāng)熔蝕粒子的密度和能量不高時(shí),等離子體羽輝和背景氣體的相互作用可以認(rèn)為是分子束被背景氣體粒子彈性散射,如在較低的背景氣壓(p≤0166Pa下,觀察到了由于彈性碰撞而使分子束衰減的現(xiàn)象[19]。此外,背景氣體使熔蝕粒子的背散射增加也是影響沉積過程的一個(gè)重要因素,熔蝕粒子和背景氣體的碰撞使到達(dá)基底的熔蝕粒子的數(shù)量減少。圖2(a～d是在較低的背景氣壓下所得到的薄膜,等離子體羽輝內(nèi)部粒子之間的碰撞是主要因素。上述理論可以部分地解釋薄膜的形成機(jī)理,在低背景氣體壓力下,熔蝕粒子所形成的等離子體羽輝體積較大而其中的原子或離子的密度較小,粒子的平均自由程也較大,熔蝕粒子幾乎沒有受到碰撞就到達(dá)基底,從而在薄膜表面出現(xiàn)了微液滴狀的顆粒[20]。隨著背景氣壓的升高,等離子體羽輝與背景氣體粒子之間的相互作用成為影響薄膜形成的主要因素。此時(shí)背景氣體對(duì)等離子體羽輝的限制作用增強(qiáng),等離子體的體積減小,粒子之間碰撞的幾率增大,到達(dá)基底的粒子的平均能量減小[15],粒子的遷移能力減弱,從而形成小島和高密度核,這些小島最后很快凝聚形成微顆粒。圖3表明了形成的納米量級(jí)的微顆粒。由于背景氣壓的增大,熔蝕粒子的背散射增強(qiáng),薄膜的沉積速率降低,這也是形成單分散性納米顆粒的主要原因。對(duì)比圖2(f和圖3(c可以發(fā)現(xiàn),在激光能量密度和背景氣壓一定、脈沖頻率較低的條件下,在薄膜的表面形成了帶針孔的網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu);而脈沖頻率較高時(shí)針孔消失,清晰的核形成并繼而凝聚形成島狀的十分均勻、細(xì)密的顆粒結(jié)構(gòu),用原子力顯微鏡觀察,發(fā)現(xiàn)其粒徑大都在15～25nm之間。激光脈沖頻率是影響薄膜質(zhì)量的重要因素,它決定了沉積速率和外延層表面的光滑程度,高的重復(fù)頻率可以提高沉積速率,但不能使沉積在基片上的粒子有充分的時(shí)間進(jìn)行遷移和重構(gòu),最終形成近似島狀的小顆粒。這與ChanLC在研究YBCO時(shí)的結(jié)果也是一致的[20]。從這些AFM圖可以看出,在沉積過程中適當(dāng)?shù)耐ㄈ胍欢康谋尘皻怏w不僅可以減少薄膜表面微液滴的出現(xiàn),而且更有利于納米顆粒的形成。沉積粒子與基片之間的相互作用能是影響薄膜生長(zhǎng)模式的主要原因,低的背景氣壓下沉積粒子與基片之間的作用能較大,粒子的遷移能力強(qiáng),從而出現(xiàn)微液滴和層狀生長(zhǎng)的連續(xù)薄膜;背景氣壓升高后,沉積粒子與基片之間的相互作用減弱,導(dǎo)致島狀顆粒的形成。4結(jié)論用PLD法在Si(111基片上制備了鈷納米薄膜,并生長(zhǎng)出了單分散性良好的鈷納米顆粒和有針孔的網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)。AFM分析表明背景氣壓變化對(duì)薄膜表面形貌變化有著重要的影響。在真空或較低的背景氣壓下(小于等于5×10-1Pa,等離子體羽輝自身粒子之間的碰撞占據(jù)主導(dǎo)作用,而在較高的背景氣壓下(幾十Pa等離子體羽輝邊緣粒子和背景氣體粒子之間的碰撞則成為主要因素,此時(shí)沖擊波模型可以很好的描述其相互作用。脈沖頻率對(duì)薄膜的形貌也有重要影響,高的脈沖頻率更有利于顆粒膜的形成。在4Hz脈沖頻率、5Pa背景氣壓下生長(zhǎng)出了單分散良好的鈷納米顆粒。致謝:感謝高黨忠老師在原子力顯微鏡測(cè)試方面給予的幫助!參考文獻(xiàn):[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]吳衛(wèi)東,許華,魏勝,等.脈沖激光氣相沉積技術(shù)及在ICF薄膜靶制備中的應(yīng)用[J].強(qiáng)激光與粒子束,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