资助项目进展报告

国家自然科学基金资助项目进展报告资助类别：重点项目亚类说明：附注说明：项目名称：低温等离子体辅助制备纳电子器件单元机理的研究负责人：蒲以康电话：[phone]电子邮件：[e-mail]依托单位：清华大学联系人：宿芬电话：[phone]资助金额：200.0000(万元)累计拨款：80.0000(万元)执行年限：2004.01-2007.12395950填表日期：2005年1月2日国家自然科学基金委员会制（2004年11月）项目批准号10335040申请代码A050610归口管理部门收件日期国家自然科学基金资助项目进展报告第1页关于填报《国家自然科学基金资助项目进展报告》的说明2004PT一.项目负责人每年须填报《国家自然科学基金资助项目进展报告》（简称《进展报告》），以此作为自然科学基金资助项目跟踪、管理的主要依据。二.项目负责人应认真阅读自然科学基金项目管理和财务管理有关规定、办法（查阅）,在年度工作的基础上，实事求是地撰写《进展报告》。三.项目依托单位认真审核,于每年1月15日前将本单位受资助项目的《进展报告》统一报送国家自然科学基金委员会归口管理部门。四.《进展报告》由报告正文和附件两部分组成,报告正文请参照“《进展报告》报告正文撰写提纲”撰写，并可根据需要增设栏目，要求层次分明,内容准确。项目执行过程中的进展或研究成果、计划调整情况等，须在报告中如实反映。五.国家自然科学基金委员会归口管理部门负责审核项目年度《进展报告》、跟踪项目进展与研究成果、核准项目负责人的次年度研究计划和调整要求，确定项目继续资助的情况。对不按要求填报《进展报告》，或项目执行不力，或内容、人员等调整不当而影响项目顺利进展的，视其情节轻重要求负责人和依托单位及时纠正，或给予缓拨资助经费、中止或撤消项目等处理。六.《经费执行情况报表》由重大项目的课题和重点项目填报，重大项目每年度填报随进展报告一同报送，重点项目在进行中期检查的年度填报。其他项目无需填报《经费执行情况报表》，只需在《进展报告》中对经费使用情况和下一年度经费安排做出必要的说明。注：国家自然科学基金强调科学道德和良好的学风，反对弄虚作假和浮躁作风，要求工作认真、填报材料实事求是。部分探索性研究内容，虽经过努力，也可能没获得理想结果或甚至失败，特别是面上项目。如有这种情况，也请在报告中实事求是地反映出来，说明工作状况和发展态势，供国家自然科学基金委员会和专家参考。国家自然科学基金资助项目进展报告第2页经费执行情况报表（金额单位：万元）填报说明：1．重大项目每年度填报本表，重点项目在将要进行中期检查的年度填报本表，所有支出填报累计值；2．“机动经费”只由重大项目的项目负责人填写，重点项目不填写。已拨入经费（总额）科目预算经费经费支出说明一．研究经费0.00000.00001．科研业务费0.00000.0000（1）测试/计算/分析费（2）能源/动力费（3）会议费/差旅费（4）出版物/文献/信息传播事务费（5）其它2．实验材料费0.00000.0000（1）原材料/试剂/药品购置费（2）其它3．仪器设备费0.00000.0000（1）购置（2）试制4．实验室改装费5．协作费二．国际合作与交流费0.00000.00001．项目组成员出国合作交流2．境外专家来华合作交流三．劳务费四．管理费五．机动经费0.00000.00001．研究经费*2．国际合作与交流费*3．学术会议费*4．其他合计0.00000.0000已拨入经费结余国家自然科学基金资助项目进展报告第3页报告正文撰写提纲1.年度计划要点和调整情况。简要说明是否按计划进行,哪些研究内容根据国内外研究发展状况及项目进展情况做了必要的调整和变动，哪些研究内容未按计划进行，原因何在。2.研究工作主要进展和阶段性成果。(本部分是进展报告的重要部分,请认真撰写)。请分层次叙述所开展的研究工作、取得的进展或碰到的问题等，给出必要的数据、图表。根据实际情况提供国内外有关研究动态的对比分析及必要的参考文献。本部分亦包括国内外合作与学术交流、研究生培养情况等。3.下一年度工作计划，包括国内外合作与交流计划。如要求对原研究内容和主要成员作重要调整，需明确要求调整的内容，并说明理由、必要性以及对项目实施的影响。（注：为保证基金项目顺利进行，研究人员要求稳定，一般不作变更。如确需变更，须按基金项目管理办法规定的要求提出申请，经自然科学基金委归口管理部门核准后方可变更。）4.当年经费使用情况与下一年度经费预算。给出必要的经费使用情况的说明，逐项列出固定资产超过5万元的设备的名称、使用情况等有关说明。5.存在的问题、建议及其他需要说明的情况。说明项目执行中的问题和建议。对部分探索性强的研究，有可能未获得理想结果或甚至失败，请如实地反映，说明原因、工作状况、发展态势和建议等，供基金委管理人员或同行专家参考。6.附件：给出标注基金资助的已发表和已有录用通知的论文目录、其他成果清单和必要的证明材料复印件等。发表论文按常规文献引用方式列出。国家自然科学基金资助项目进展报告第4页报告正文一、年度计划要点和调整情况本年度的研究要点是建设射频和微波等离子体化合成纳米结构物质的相关设备以及摸索这两种等离子体的合成工艺。我们这一年工作是按照这个方案进行的，没有方案和计划上的变化。二、研究工作主要进展和阶段性成果本年度工作的主要进展和阶段性成果如下：1.对国内外从事等离子体在纳米材料方面的应用工作做了大量的调研，调研的结果在下面叙述。了解了等离子体纳米结构物质合成以及目前纳电子运算器材料的研究动态和制备方法和水平，确定了我们合成纳电子运算器材料的方法的重点为射频和微波等离子体合成方法，第一阶段合成的物质为ZnO,SiO2,SnO,TiO2等氧化物以及AlN,Si3N4,TiN,GaN等氮化物的半导体和绝缘体。2.实现了用吸收光谱方法对等离子体中活性粒子的检测，并分析了这些活性粒子和等离子体放电参数的关系。我们的实验结果表明，通过自制的小型等离子体光源，用氮分子发射光谱来确定光源和等离子体区中的气体温度，我们可以可靠地、准确地及高灵敏度地测量某些活性粒子，这套设备是我们自行开发的，它的另一特点是造价低，易于操作。用这种方法，我们成功地测量了氦和氩的亚稳态粒子数密度和它们与放电气压和射频功率的关系，其结果已分别投了两个SCI期刊，一篇已被接收。3.我们用自制的小型ICP等离子体，成功地在陶瓷纳米颗粒上镀上了一层均匀的纳米尺度的高分子薄膜，这一工作结果已发表在SCI期刊AppliedPhysicsLetter上。4.我们已成功的设计制造了一个大气压辉光放电等离子体喷射装置（APPJ），并分析了放电条件和等离子体阻抗的关系，该结果已投稿于JournalofPhysicsD。2003年，日本东京工业大学(TokyoInstituteofTechnology)的材料与结构实验室的一个课题组在NewDiamondandFortierCarbonTechnology上发表了了一篇文章，提到用射频大气压辉光放电产生的等离子体来产生纳米材料产生。由于这种等离子体装置不用真空装置，造价低，体积小，运行方便，我们和解放军防化学院共同开发了这一装置，将用于我们以后的工作中。5.通过大量调研，我们确定并购买了一台韩国生产的朗谬探针，通过这台设备，我们测量了在ICP等离子体中，在氮气与惰性气体的各种混气条件下（N2/Ar,N2/He,N2/Ne,N2/Xe）和不同气压和射频功率条件下的电子能量分布，并分析了等离子体中各种相关过程对电子能量分布的影响，我们将该结果在第十二届国际等离子体物理大会（法国，2004）上，做了邀请报告。6.我们完善了一台现有的射频等离子体设备，并在此基础上进行了一些初步的实验。已经成功的制备出了ZnO纳米管，合成条件比目前国际上报道的要温和很多。该结果已被SCI源刊InternationalJournalofNanoscience接受。另外也开展了对AlN纳米线合成的工艺探索研究。7.设计和制备了一套等离子体磁控溅射设备，目前此设备已经基本上完成了制备和组装工作，正在进行安装调试。此设备将在今后的工作中发挥重要的作用。8.北京大学课题组邀请了日本产业技术综合研究所筑波中心的秋叶悦男先生和产业技术综合研究所北海道中心的铃木正昭先生访问了实验室。他们来访期间作了国家自然科学基金资助项目进展报告第5页两场报告。北京大学课题组的学生也分别向他们汇报了研究工作，并与他们作了耐心的讨论。他们给出了许多好的建议。此外我们共同讨论了今后的合作的方式和合作的内容。为更好地完成基金任务，确定下一步的工作目标，我们对国内外近年来用等离子体辅助生长或处理纳米/纳电子材料方面的工作进行了调研，也对在等离子体与材料相互作用机理研究方面使用的等离子体诊断方法的新进展进行了调研，主要的收获如下：在等离子体辅助生长或处理纳米/纳电子材料方面，我们发现有如下几个特点：I.每一种等离子体源都可以被用来生长纳米结构（尺度）的材料。这些等离子体源包括：①微波等离子体源[1-31]，②热等离子体源（包括火花放电和电弧放电），③直流辉光放电[37，38]，④平板电极射频等离子体（PECVD）[39-43，72]，⑤电子回旋共振（ECR或DECR）[44-45]，⑥感应耦合等离子体[46-50]，⑦螺旋波等离子体[51]，⑧磁控溅射等离子体[52-53]，⑨特殊等离子体源。以上9类等离子体源几乎包括了所有常规等离子体装置，但显然微波等离子体源是一个产生纳米材料的主要工具。我们的主要调研工作目标之一就是研究各种等离子体源有什么独特优势，以及它们各自在应用上有什么特点。II.在等离子体源工作模式方面我们注意到了如下二个新的动向：大气压放电冷等离子体[22，57-60]和脉冲放电等离子体[61-64]。我们注意到这些文献中的绝大多数是2003年和2004年发表的。大气压放电装置的优势在于造价低（没有真空系统）、操作简单，纳米材料生长速度高，可应用于工业中的批量生产。脉冲放电等离子体的优势在于大面积均匀的生长薄膜。在日本东京工业大学的实验结果表明，用脉冲放电方法产生纳米晶体硅量子点，其生长速度比CW方法提高100倍[63]。在他们的实验中，脉冲放电是由脉冲送气方式完成的。III．大部分的实验工作是围绕着纳米尺度的薄膜的生长，其中纳米金刚石薄膜的生长为大多数[1，4，6-9，12-15，17-18，31，37-38，54，65]，其他薄膜包括SiC[45]，Si[52，66]和碳纳米薄膜[10，44]。其他金刚石材料包括金刚石纳米粉，纳米锥（Cone）和纳米柱（Column）。在以上这些工作中，我们明显看到等离子体的一些优势：①低温生长[58，98]。在微波等离子体中C2H2和NH3混合生长碳纳米管（在有偏压的条件下），生长温度可低至450ºC[98]。②生长速度高[63]。③方向性的控制性能好。④能生长出各种材料和结构。IV．但由于人们对纳米材料在等离子体环境中的生长机理不清楚，在材料生长工艺中仍存在一些问题。如材料生长的可控性、均匀性和工艺过程的优化等，各国科研人员在研究等离子体放电条件对纳米材料的生长的影响方面做了大量工作。人们试图通过这些工作来了解生长机理和寻找控制生长的手段。①变化等离子体中各种气源的流量和流量比。[15]研究了H的流量和纳米金刚石膜中非金刚石的相对成分的关系，以及H流量对晶粒大小的影响。他们发现当H相对流量比从1%增加到10%，非金刚石相成份大大减少，而且晶粒大小从5nm增加到60nm，光学投射率也由于晶体质量的增加而增加了。但当H相对流量比高于7%以后，薄膜表面粗度增加，导致投射率降低。[17]研究了在CH4/H2微波等离子体混入氮气和氧气后对纳米/微米结构金刚石薄膜特性的影响。[25]细致研究了微波等离子体长多壁碳纳米管时氮气的作用。在他们的实验中，他们用N2和NH3为载气，用CH4为碳源。他们发现没有N2时，没