直流磁控溅射陶瓷靶制备ITO薄膜及性能研究

以10%质量分数SnO2和90%质量分数In2O3烧结成的ITO氧化物陶瓷为靶材,采用直流磁控反应溅射法在玻璃基片上制备ITO透明导电薄膜,研究了基片温度和氧分压条件对ITO薄膜的物相结构和光电性能的影响。实验结果表明:ITO薄膜的方块电阻随衬底温度的升高而下降,而可见光透过率增大;ITO薄膜可见光透过率和方块电阻随氧分压的增加而增大。     

氧离子后处理对氧化铟锡(ITO)薄膜电学和光学性能的影响

采用氧离子束对电子束蒸发制备且退火后的氧化铟锡(ITO)薄膜进行轰击后处理.经XPS检测发现氧元素在薄膜内含量增加,在深度方向上的梯度差下降.表面Sn4+含量增加,即掺杂离子浓度和载流子浓度提高,从而使薄膜方块电阻显著降低.当氧离子继续轰击时,薄膜的方块电阻保持平稳;同时,透过率曲线蓝移,紫外波段(300～400 nm)的平均透过率提高而可见光范围内(400 ～800 nm)的平均透过率略有下降,这种变化缘于薄膜的禁带宽度与折射率的增加.     

Sn-Al共掺杂ZnO薄膜的制备及其光电性能

采用溶胶凝胶法在普通载玻片上制备了Sn-Al共掺杂ZnO薄膜(ZASO薄膜).利用XRD、扫描电子显微镜、霍尔测试仪、双电测四探针测试仪和紫外-可见分光光度计等设备,研究了Sn-Al掺杂浓度、预烧温度对氧化锌薄膜的晶体结构和光电性能的影响.结果表明:预烧温度为500℃,Sn、Al掺杂浓度分别为1.0at;时,得到的ZASO薄膜的综合光电性能最好,晶粒尺寸较大,方块电阻可达3.3 kΩ/□,光学透过率达92.9;.     

La掺杂BiFeO3薄膜铁电及光学性能研究

利用溶胶-凝胶法分别在Pt/TiO2/SiO2/Si和ITO/玻璃衬底上制备纯相的铁酸铋(BiFeO3)和La掺杂的铁酸铋(Bi1-xLaxFeO3,x=0.05,0.1)薄膜.XRD测试表明BLFO薄膜为纯钙钛矿相,都呈(111)方向的菱形结构,La掺杂可以提高BFO薄膜的结构稳定性.镧掺杂铁酸铋具有更大的剩余极化值和较小的漏电流.此外,随着La成分的增加,薄膜的基本吸收边呈现红移,并通过Tauc公式计算拟合观察到BLFO的光学带隙逐渐减小.结果发现随着La掺杂量(0,5mol;,10mol;)逐渐增大,薄膜的剩余极化值越大,其禁带宽度(Eg)越小.     

薄膜厚度对 Mn-W 共掺杂 ZnO 透明导电薄膜性能的影响

利用直流磁控溅射法在低温玻璃衬底上制备了高导电透明的 Mn-W 共掺杂 ZnO(ZMWO)薄膜,并研究了厚度对薄膜结构、光学及电学性能的影响.X 射线衍射结果表明 ZMWO 均为六方纤锌矿结构的多晶薄膜,具有垂直于衬底方向的 c 轴择优取向.薄膜厚度对 ZMWO 薄膜的晶化程度、电阻率和方块电阻有很大影响.当薄膜厚度从97 nm 增大到456 nm 时,ZMWO 薄膜的晶化程度提高,而电阻率和方块电阻减小.当厚度为 456 nm 时,所制备ZMWO 薄膜的电阻率达到最小,其值仅为8.8×10-5 Ω·cm,方块电阻为1.9 Ω/□.所有薄膜样品在可见光区的平均透过率都较高,其值约为89;.当薄膜厚度从97 nm 增大到 456 nm时,光学带隙从3.41 eV增大到3.52 eV.     

ITO薄膜可见光区增透性能研究

采用MPS单极性脉冲磁控溅射法,在PMMA衬底上制备SiO2增透薄膜,通过改变溅射时间达到最优的增透效果.在此基础上,制备了不同溅射时间的ITO薄膜,系统研究了增透前后的可见光透过率、方块电阻和红外发射率的变化.实验结果表明,增透后薄膜可见光平均透光率提高大约6;,对于溅射时间小于60 min的ITO薄膜增透之后的平均透光率达到80;以上,同时薄膜的方块电阻以及红外发射率变化较小.     

Gd3+、Co3+共掺杂铁酸铋薄膜多铁性增强及带隙调谐

多铁功能材料在现代生产生活中有举足轻重的作用。本文采用溶胶-凝胶法以硝酸铁、硝酸铋、硝酸钆、硝酸钴为原料,乙二醇甲醚为溶剂,柠檬酸作螯合剂制成前驱体溶液,通过旋涂法在Pt/Ti/SiO₂/Si及ITO衬底上合成Bi_0.85Gd_0.15Fe_1-xCo_xO₃ (x=0, 0.04, 0.08, 0.12)薄膜,研究了Gd³⁺、Co³⁺共掺杂对薄膜铁电性能、磁学性能及光学带隙的影响。XRD结果表明所有薄膜均呈(111)方向的菱形结构,SEM结果表明共掺杂可以细化晶粒。根据铁电性和漏电流测试分析结果可知在Co³⁺掺杂量为8%时最大剩余极化值达到2P_r=15.71 μC/cm²,所有样品的漏电流传导机制均为欧姆传导机制。根据磁学性能测试分析结果可知,共掺杂可以有效增强薄膜的饱和磁化强度,且在Co³⁺掺杂量为8%时最大饱和磁化强度达到37.78 emu/cm³。根据吸收光谱及Tauc公式拟合结果可知共掺杂可以有效减小薄膜的光学带隙且随着掺杂量的增加光学带隙逐渐减小,在Co³⁺掺杂量为12%时光学带隙减小到1.96 eV。     

ITO/BZO复合薄膜制备及在非晶硅薄膜太阳能电池的应用

采用低压化学气相沉积(LPCVD)法在沉积ITO薄膜的玻璃衬底上制备了硼掺杂氧化锌(BZO)薄膜,研究了ITO缓冲层对ITO/BZO复合薄膜表观形貌、导电性能和光学性能的影响;并研究了ITO/BZO薄膜在非晶硅薄膜太阳能电池的应用.结果表明,以ITO作为缓冲层来沉积BZO薄膜,有利于BZO晶粒尺寸的长大,并可以显著提高BZO薄膜的导电能力.ITO/BZO复合薄膜具有相对较高的导电能力和光学透光率,应用在非晶硅薄膜太阳能电池时转化效率提高0.20;.     

表面补偿的高雾度ZnO∶Al及其在硅薄膜太阳电池中的应用

采用稀盐酸对磁控溅射法制备的平面掺铝氧化锌(ZnO∶Al,AZO)薄膜表面进行湿法刻蚀制绒,分析了盐酸浓度和刻蚀时间对AZO薄膜表面的形貌特征和光电特性的影响。研究发现,湿法刻蚀导致AZO薄膜表面呈现大尺度的陨石坑形貌特征,随刻蚀时间增加,薄膜在大于500 nm的长波范围内光学透过率可维持在70%~75%,且800nm处雾度值可高达48%,陷光能力快速增加,而面电阻率呈现逐渐增加趋势。高的盐酸浓度可以导致薄膜表面呈现较快凹型形貌特征,并可给出较高的雾度值。为了在保持高雾度值的条件下改善薄膜导电性,在2%盐酸刻蚀30 s所制备绒面沉积300 nm AZO薄膜进行厚度补偿,所获得薄膜的表面方块电阻小于10Ω/sq,以其作为前电极所制成的单结薄膜电池转换效率达到9.24%。结果表明,采用酸性刻蚀+厚度补偿方法所制备的绒面AZO薄膜可兼顾高雾度和低电阻的性能要求,是用作硅基薄膜太阳电池前电极的理想材料。     

离子液体辅助溶胶-凝胶法制备ZnO∶Al透明导电薄膜及其光电性能研究

采用溶胶-凝胶法,以离子液体为辅助溶剂,在玻璃衬底上制备了ZnO∶Al(ZAO)薄膜。通过X-射线衍射(XRD)、场发射扫描电镜(FE-SEM)、紫外-可见分光光度计(UV-Vis)和霍尔效应等测试手段,分析了不同Al掺杂浓度ZAO薄膜的微观结构、光学和电学性能。结果表明,所制备的薄膜为非(002)取向的多晶膜。随着Al离子掺杂浓度的提高,薄膜的(002)晶面取向增强,晶粒逐渐由片状向球形转变,电阻率先降低后升高。进一步研究发现,在还原气氛NH3下退火可显著降低薄膜的电阻率,Al掺杂浓度为1 mol%时,薄膜电阻率达到4.7×10-2Ω·cm,可见光透过率平均在80%以上。     

超声喷雾热解法制备不同掺杂浓度ZnO∶Eu薄膜

以醋酸锌,氯化铕的混合水溶液为前驱体,采用超声喷雾热解法在ITO导电玻璃衬底上制备了掺杂不同Eu浓度的ZnO∶Eu薄膜。通过扫描电镜(SEM),X射线衍射(XRD)和光致发光(PL)谱对ZnO∶Eu薄膜的形貌,结构和光学性质进行了研究。通过对比掺杂不同Eu浓度的ZnO∶Eu薄膜的结构和光学性能,可知在掺杂浓度为6mol%时薄膜的性能最好。SEM照片表明制备的ZnO∶Eu薄膜为致密的纳米颗粒薄膜,ZnO∶Eu晶粒尺寸大约在200～250 nm。XRD图谱表明当掺杂浓度为6mol%时,ZnO∶Eu薄膜具有很好的六角纤锌矿结构,且在2θ=50.47°处出现Eu2O3的衍射峰。激发光谱测试表明ZnO∶Eu薄膜在280 nm,373 nm,393 nm处有较强的紫外吸收。当用280 nm激发光激发时ZnO∶Eu薄膜在613 nm处具有较强的红光发射。     

电沉积制备金属锡薄膜负极材料及其电化学性能研究

通过电沉积法,控制电流密度在铜箔上得到不同形貌的金属锡薄膜,采用扫描电子显微镜、X射线衍射、恒流充放电测试、循环伏安、交流阻抗法对其进行物理和电化学性能表征。结果表明:当电流密度为2 mA/cm²,所得金属锡薄膜表面最为致密,结晶度最高;将其作为负极材料组装成CR2025扣式电池,首次放电比容量为752 mAh/g,库伦效率为81.65%;30个循环后,放电比容量仍然维持在350 mAh/g。此外,该金属锡薄膜电极具有较高的电子导电性和锂离子扩散能力,其电荷转移电阻和锂离子扩散系数分别为113.3 Ω和8.968×10^-17 cm²/s。     

Mg掺杂浓度对MgxZn1-xO薄膜结构和光学性能的影响

通过超声喷雾热解工艺在P型<100>Si衬底上制备了不同Mg掺杂浓度的纳米MgxZN1-xO薄膜.通过扫描电镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)、X射线衍射(XRD)和光致发光(PL)谱的测试对不同Mg掺杂浓度下薄膜的表面形貌、成分、品体结构和光学性能进行了研究.SEM测试结果表明,低Mg掺杂浓度时,MgxZn1-xO表面平整致密,但随Mg浓度的增加,薄膜表而平整度降低.XRD测试结果表明在低浓度下MgxZn1-xO薄膜足ZnO的纤锌矿结构,而没有出现MgO的分相,ZnO的衍射峰峰强随Mg浓度的增加逐渐减弱.不同Mg掺杂浓度下的光致发光谱图均出现了近带边紫外发射峰和可见光发射峰,其中近带边紫外发射峰随掺杂浓度的增大出现了明显的蓝移.     

超声喷雾热解法制备铝掺杂氧化锌薄膜

采用超声喷雾热解法在玻璃衬底上制作了不同浓度Al掺杂的ZnO: Al薄膜(AZO).采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、光致发光(PL)、反射光谱(Res)、四探针测试仪等测试了不同Al掺杂浓度下AZO薄膜的表面形貌、晶体结构和光学、电学性能.SEM结果表明低掺杂浓度时AZO表面致密,随着Al浓度的增加薄膜表面孔洞增多,平整度降低.XRD结果表明当nZn/nAl物质的量比为100: 5时, AZO薄膜为c轴择优取向纤锌矿结构.PL谱结果表明不同浓度的Al掺杂AZO薄膜具有近带边紫外发射和深能级发射两个发射峰,且紫外发射峰随着Al3+浓度的增加先蓝移后红移.反射光谱表明所有样品在可见光区的反射率较低..方阻测试结果表明当nZn/nAl为100: 5时,AZO薄膜具有良好的导电性.     

沉积压力对磁控溅射纳米硅薄膜结构和性能影响

采用射频(RF)磁控溅射方法在玻璃衬底上制备了氢化纳米硅薄膜,研究了沉积压力(4～9 Pa)对薄膜结构和性能的影响.利用XRD、SEM、紫外-可见光分光光度计、傅立叶红外吸收光谱仪(FT-IR)及四探针电阻测试仪等对薄膜结构和性能进行了表征.结果表明:随着沉积压力的提高,薄膜结晶程度逐渐变差,晶粒尺寸降低;薄膜光学带隙在2.04～2.3 eV之间,且随着沉积压力的提高而增加;薄膜具有SiH、SiO、SiH2和SiH3振动吸收峰, 随着沉积压力的增加,SiH、SiH2振动吸收峰向高波数移动,薄膜方块电阻在132～96 Ω/□,且随着沉积压力的升高而降低.     

溶胶浓度对Ag/Mgo.2Zn0.8O/ITO阻变异质结性能的影响研究

采用溶胶-凝胶法制备了Ag/Mg0.2Zn0.8O/ITO异质结,研究了溶胶浓度对Mg0.2Zn0.8O薄膜生长行为、阻变性能和疲劳特性等的影响.研究表明:Mg0.2Zn0.8O为多晶薄膜,平整致密,且随溶胶浓度的增加结晶度逐步增强,但溶胶浓度过大会导致裂纹产生.阻变行为表明,随着溶胶浓度的增加,Vsct电压逐渐升高,高阻态的阻值(RHRS)逐渐下降,低阻态的阻值(RLRS)无明显变化,RHRs/ RLRS和无疲劳循环次数逐渐降低.不同溶胶浓度所制备Ag/Mg0.2Zn0.8O/ITO异质结遵循相同的导电机制,但低压区域遵循欧姆传导机制的范围有所不同,浓度为0.3 mol/L的薄膜具有较好的综合性能,其Vset低至1.2V、无疲劳循环次数达到230次、RHRs/ RLRS大于10.     

In掺杂量对ZnO薄膜微结构和光学性质的影响

采用溶胶-凝胶法分别制备未掺杂和In掺杂ZnO薄膜,用X射线衍射仪、扫描电镜和紫外可见分光光度计测试分析薄膜的微结构、表面形貌和光学性质.结果表明:In掺杂ZnO薄膜仍为六角纤锌矿结构,但In的掺入抑制ZnO薄膜的结晶,使得薄膜的结晶度降低.In掺杂ZnO薄膜表面呈网络状结构,随着In掺杂量的增加,表面起伏程度减小,空隙减少,表面平整,致密度提高.In掺杂ZnO薄膜的光学带宽Eg值均小于未掺杂ZnO薄膜,且随In掺杂量的增加先增大后减小,并用Burstein-Moss效应和缺陷浓度变化对光学带宽变化进行了解释.     

LPCVD法在制绒单晶硅片衬底上制备ZnO∶B透明导电薄膜及其性能的研究

采用低压化学气相沉积法(LPCVD)在制绒的单晶硅片衬底上制备了B掺杂ZnO(BZO)的透明导电薄膜,研究了B2H6掺杂量、沉积时间对BZO薄膜的微观形貌、导电性能及光学减反性能的影响.结果表明,在制绒单晶硅片衬底上制备的BZO薄膜均呈现“类金字塔”的绒面结构,其平均晶粒尺寸在200 ～ 500 nm之间,并随B2H6掺杂量增加而减小;BZO薄膜的方阻随沉积时间的增加而呈线性迅速减小的趋势,当沉积时间为420 s时,BZO薄膜的方块电阻低至28 Ω/□;在制绒单晶硅片上制备BZO薄膜后,表面平均反射率由15;明显降低至5;左右,表现出优异的光学减反性能.     

离子液体辅助溶胶-凝胶法制备ZnO:Al透明导电薄膜及其光电性能研究

采用溶胶-凝胶法,以离子液体为辅助溶剂,在玻璃衬底上制备了ZnO:Al(ZAO)薄膜.通过X-射线衍射(XRD)、场发射扫描电镜(FE-SEM)、紫外-可见分光光度计(UV-Vis)和霍尔效应等测试手段,分析了不同Al掺杂浓度ZAO薄膜的微观结构、光学和电学性能.结果表明,所制备的薄膜为非(002)取向的多晶膜.随着Al离子掺杂浓度的提高,薄膜的(002)晶面取向增强,晶粒逐渐由片状向球形转变,电阻率先降低后升高.进一步研究发现,在还原气氛NH3下退火可显著降低薄膜的电阻率,Al掺杂浓度为1 mol;时,薄膜电阻率达到4.7×10-2Ω·cm,可见光透过率平均在80;以上.     

溶胶水热法制备FTO纳米晶体薄膜及其电学性能研究

以SnCl2·2H2O和HF为前驱体,采用溶胶水热法成功制备掺氟的SnO2纳米晶体薄膜,以研究氟掺杂对其半导体性能和电学性能的影响.采用XRD,SEM,DTA-TG,IR,霍尔效应测试仪等手段分别进行测试,分析F/Sn比对其性能的影响,获得低表面电阻薄膜的制备条件.结果表明SnO2晶体随着烧结温度的升高发生改变,当温度在450℃,热处理时间为30 min,生成金红石晶型,并且在此温度下,F原子可以有效地掺杂.F掺杂明显的降低了薄膜的电阻率,有效的提高了薄膜的载流子浓度和迁移率.并且在氟锡摩尔比F/Sn为3∶10时,晶体薄膜表面方块电阻最低,为35 Ω/□,载流子浓度为2.8×1016/cm3,迁移率为31 cm2/V·s.