GaAs纳米薄膜的分步电沉积制备及表征

采用分步电化学沉积法,在FTO玻璃基底上成功制备出GaAs薄膜.采用高分辨X射线衍射仪(HRXRD)、场发射扫描电镜(FESEM)、紫外可见光光度计(UV-Vis)、荧光光度计(PL)对不同退火工艺下所制备的薄膜的晶体结构、形貌及光学性能进行表征.结果表明:GaAs薄膜为面心立方晶系,沿(111)方向择优生长.随着退火温度的升高,薄膜内颗粒逐渐增大,Ga与As原子量比发生变化,Eg值减小,光致发光峰为红外发射峰.同时对其形成机理进行了探讨.     

利用快速热退火法制备多晶硅薄膜

为了制备优质的多晶硅薄膜,该论文研究了非晶硅薄膜的快速热退火(RTA)技术.先利用PECVD设备沉积非晶硅薄膜,然后把其放入快速热退火炉中进行退火.退火前后的薄膜利用X射线衍射(XRD)仪、Raman光谱仪及扫描电子显微镜(SEM)测试其晶体结构及表面形貌,利用电导率测试设备测试其暗电导率.研究表明退火温度、退火时间以及沉积时的衬底温度对非晶硅薄膜的晶化都有很大的影响.     

CdSe薄膜的制备及性能表征

室温下,以CdSO4H1SeO3和Na2SO4为原料,采用二电极体系,利用电化学法在ITO玻璃基底上沉积了CdSe薄膜.采用高分辨x射线衍射仪(HRXRD)、场发射扫描电镜(FESEM)、原子力显微镜(AFM)、紫外.可见.近红外(UV-VIS-NIR)分光光度计、荧光分光光度计(PL)对不同沉积电压下所制备的薄膜的晶体结构、形貌及光学性能进行分析表征.结果表明:所制备的薄膜为立方相CdSe,呈纳米颗粒状,部分粒子表现出不均匀团聚.紫外吸收光谱的吸收峰较体相CdSe有较大的蓝移,且导致禁带宽度发生改变,表现出量子尺寸效应.样品发射光谱表现出荧光现象,且单色性好.适当的沉积电压对CdSe薄膜的形貌和质量起关键作用,同时讨论了其反应机理.     

乙醇溶液中电沉积CuInSe2(CIS)薄膜过程研究

采用三电极体系,以钼片为工作电极,大面积铂网为辅助电极,饱和甘汞电极(SCE)为参比电极,以氯化铜、氯化铟、亚硒酸为原料,在无水乙醇溶液中,用阴极恒流和恒压两种沉积方法制备出CIS前驱体薄膜,采用XRD和EDAX对制备的薄膜进行了表征,分析了沉积方式、镀液离子浓度、导电盐(LiCl)含量及热处理工艺等因素对薄膜成分及形貌的影响,并对电沉积CIS薄膜的机理进行了初步探讨.在最优条件下所制备的薄膜成分接近标准比且表面致密、均匀.     

原子层沉积与磁控溅射法制备TiO2薄膜性能对比研究

分别采用原子层沉积(ALD)和磁控溅射法(MS)在Si和石英衬底上制备TiO2薄膜,并进行退火处理.利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)和紫外分光光度计对这两种方法制备薄膜的晶型结构、表面形貌和光学特性进行分析对比.结果显示,对于沉积态TiO2薄膜,ALD-TiO2和MS-TiO2未能检测到TiO2衍射峰.ALD-TiO2为颗粒膜,其表面粗糙,颗粒尺寸大;MS-TiO2薄膜表面平整.经退火后,两种方法制备的TiO2薄膜能检测到锐钛矿A(101)衍射峰,但结晶质量不高.受薄膜表面形貌和晶型结构等因素影响,退火前后ALD-TiO2透过率与MS-TiO2透过率变化不一致.对于沉积态和退火态薄膜的禁带宽度,ALD-TiO2分别为3.8eV和3.7 eV,吸收边带发生红移,MS-TiO2分别为3.74 eV和3.84 eV,吸收边带发生蓝移.     

恒电压沉积SmS光学薄膜

以SmCl3·6H2O和Na2S2O3·5H2O为原料,采用电沉积法在ITO玻璃基板制备了SmS光学薄膜.采用XRD、AFM和紫外可见光分光光度计对薄膜进行了表征.研究了沉积电压和热处理温度对于薄膜的物相组成、显微结构和光学性能的影响.结果表明:在n(S):n(Sm)=4:1,溶液pH值为3.0,沉积电压为10 V以及热处理温度为400℃的条件下,可制备出主晶相为SmS且表面比较平整的薄膜.热处理后薄膜的禁带宽度增加.随着沉积电压的增加,SmS逐渐由金属相向半导体相转变,薄膜的禁带宽度相应地变大.     

CdSe纳米晶薄膜的光敏特性研究

硒化镉(CdSe)是一种光电性能优异的II-VI族化合物半导体.采用真空热蒸发技术在Si(100)衬底上制备出高质量的CdSe纳米晶薄膜,并利用X射线衍射仪(XRD)、Raman光谱仪、膜厚测试仪、扫描电镜(SEM)和数字源表对其结晶性能、晶体结构、表面形貌及光敏特性进行了表征.结果显示,CdSe纳米晶薄膜呈六方纤锌矿结构,纯度较高,结晶性能较好,沿c轴择优生长的优势明显;同时,薄膜具有典型的光敏电阻特性,且电阻值受光照强度、退火温度影响明显.     

基于PECVD制备多晶硅薄膜研究

基于PECVD以高纯SiH4为气源研究制备多晶硅薄膜,在衬底温度550℃、射频(13.56MHz)电源功率为20W直接沉积获得多晶硅薄膜.采用X射线衍射仪(XRD) 和场发射扫描电子显微镜(SEM) 对多个样品薄膜的结晶情况及形貌进行分析,薄膜结晶粒取向均为<111>、<220>、<311>晶向.对550℃沉积态薄膜在900℃、1100℃时进行高温退火处理,硅衍射峰明显加强.结果表明,退火温度越高,退火时间越长,得到多晶硅薄膜表面晶粒趋于平坦,择优取向为<111>晶向,晶粒也相对增大.     

GaAs/Ga2O3复合多晶薄膜的生长与光学性能研究

采用热蒸发沉积法,以砷化镓和氧化镓粉末为原料,以氧化铟为催化剂,在800 ℃的氩气气氛中,在(100)砷化镓基片表面上沉积生成GaAs/Ga2O3薄膜.以配有成分分析的场发射扫描电镜(FESEM)、X-射线衍射仪(XRD)、光致发光仪(PL)等测试方法对所得薄膜的成分、形貌、晶体结构和光学性能进行了表征.研究结果表明:薄膜以规整的波浪形均匀地覆盖在砷化镓基片表面上,所得薄膜为GaAs/Ga2O3复合多晶薄膜,光致发光峰为强的红光发射;薄膜的生长机理为固-气-固过程,薄膜中砷元素含量的增加与氧化铟的作用有关.     

电场辅助铝诱导晶化非晶硅薄膜

以氢气稀释的硅烷和氢气为反应气体,利用PECVD法先在玻璃衬底上生长非晶硅薄膜,然后利用磁控溅射法在非晶硅薄膜上镀制铝膜,最后将镀有铝膜的非晶硅薄膜样品置于快速热处理炉中,在外加电场辅助条件下,在氮气气氛下对薄膜样品进行退火制备多晶硅薄膜.本论文研究了不同外加电场强度和退火时间对非晶硅薄膜晶化的影响.利用XRD、SEM和Raman等测试方法对薄膜样品的晶相结构、表面形貌和晶化程度进行了表征.实验结果表明,在外加横向电场辅助铝诱导晶化的条件下,非晶硅薄膜在500 ℃低温下成功地转化成多晶硅薄膜,并且随着横向电场强度的增大以及退火时间的延长,薄膜的晶化程度增强,晶粒尺寸增大.     

气相输运沉积制备c轴择优取向的碘化铋薄膜

铋基卤化物材料因其无毒和优良的光电性能而显示出巨大的应用潜力。BiI₃作为一种层状重金属半导体,已被用于X射线检测、γ射线检测和压力传感器等领域,最近其作为一种薄膜太阳能电池吸收材料备受关注。本文采用简单的气相输运沉积(VTD)法,以BiI₃晶体粉末作为蒸发源,在玻璃基底上得到高质量c轴择优取向的BiI₃薄膜。并通过研究蒸发源温度和沉积距离对薄膜物相和形貌的影响,分析了BiI₃薄膜择优生长的机理。结果表明VTD法制备的BiI₃薄膜属于三斜晶系,其光学带隙为~1.8 eV。沉积温度对薄膜的择优取向有较大影响,在沉积温度低于270 ℃时,沉积的薄膜具有沿c轴择优取向生长的特点,超过此温度,c轴择优取向生长消失。在衬底温度为250 ℃、沉积距离为15 cm时制备的薄膜结晶性能最好,晶体形貌为片状八面体。     

磁控溅射衬底加热温度和后退火温度对制备β-Ga2O3薄膜材料的影响

作为宽禁带半导体材料的一员,结构稳定的β-Ga₂O₃具有比SiC和GaN更宽的禁带宽度和更高的巴利加优值,近年来受到科研人员的广泛关注。本文采用射频(RF)磁控溅射法在C面蓝宝石衬底上生长β-Ga₂O₃薄膜,探究溅射过程中衬底加热温度的影响。溅射完成后通过高温退火处理提升薄膜质量,研究衬底加热温度和后退火温度对氧化镓薄膜晶体结构和表面形貌的影响。利用X射线衍射(XRD)、原子力显微镜(AFM)等测试手段对β-Ga₂O₃薄膜晶体结构、表面形貌等进行分析表征。实验结果表明,随着衬底加热温度的升高,β-Ga₂O₃薄膜表面粗糙度逐渐降低,薄膜晶体质量得到显著提升;在氧气气氛中进行后退火,合适的后退火温度有利于氧化镓薄膜重新结晶、增大晶粒尺寸,能够有效修复薄膜的表面态和点缺陷,对于改善薄膜晶体质量有明显优势。     

化学水浴沉积法制备硫化镉薄膜的微结构和性能

采用化学水浴沉积法在不同氨水用量下制备了Cu(In,Ga)Se₂太阳能电池的缓冲层CdS薄膜,根据化学平衡动力学计算出混合溶液中反应粒子的初始浓度、pH值和离子积,利用台阶仪、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、量子效率测试仪(EQE)和IV测试仪对制备样品的薄膜厚度、表面形貌、晶体结构、量子效率和光电转换效率进行了表征和分析。结果表明:提高氨水用量可以抑制同质反应,促进异质反应,使CdS薄膜晶体结构从立方相向六方相转变,晶粒形状从柳絮状向颗粒状转变,晶粒尺寸逐渐增大,粒径分布更加均匀,薄膜表面更加平整,制备电池的EQE、V_oc、J_sc、FF、R_s等电学参数得到优化,光电转换效率从7.64%提高到13.60%。     

Mg掺杂ZnO薄膜的结构和光致发光性能的变化

为深入了解ZnMgO合金薄膜的结构与发光性能的关系,采用ZnO和MgO粉末球磨、冷压成型后再高温烧结的方式制靶,在石英基底上室温射频磁控溅射制备了Mg含量0%～8% (原子数分数) 的ZnMgO薄膜,然后于400 ℃空气退火。采用X射线衍射仪表征薄膜的晶体结构,场发射扫描电子显微镜及附带的X射线能谱仪(EDS)观测薄膜颗粒形貌和化学成分,荧光分光光度计测试光致发光(PL)谱。结果发现:ZnMgO合金膜为纤锌矿hcp结构的固溶体,随Mg含量增加,形貌由近似圆形变为圆形和无规则多边形混合型,原因是(002)晶厚失去主导且长大速率被(101)和(110)超过;PL谱出现一个强的紫光峰(390～393 nm)和一个微弱的近红外峰(758～765 nm);随Mg含量的增加,紫光峰位先蓝移后红移,近红外峰位则发生红移;400 ℃空气退火后,所有峰位红移,强度显著增大。对退火处理前后出现的紫光峰和近红外峰的来源和变化规律进行了机制探讨。     

雾化辅助化学气相沉积法氧化镓薄膜生长研究

采用自主设计搭建的雾化辅助化学气相沉积系统设备,开展了Ga₂O₃薄膜制备及其特性研究工作。通过X射线衍射研究了沉积温度、系统沉积压差对Ga₂O₃薄膜结晶质量的影响。结果表明,Ga₂O₃在425~650 ℃温度区间存在物相转换关系。随着沉积温度从425 ℃升高至650 ℃,薄膜结晶分别由非晶态、纯α-Ga₂O₃结晶状态向α-Ga₂O₃、β-Ga₂O₃两相混合结晶状态改变。通过原子力显微镜表征探究了生长温度对Ga₂O₃薄膜表面形貌的影响,从475 ℃升高至650 ℃时,薄膜表面粗糙度由26.8 nm下降至24.8 nm。同时,高分辨X射线衍射仪测试表明475 ℃、5 Pa压差条件下的α-Ga₂O₃薄膜样品半峰全宽仅为190.8″,为高度结晶态的单晶α-Ga₂O₃薄膜材料。     

氩气退火时间对Fe(Se,Te)薄膜的性能影响研究

作为一种铁基超导薄膜,Fe(Se,Te)薄膜具有晶体结构简单、所包含的元素较少、易于合成的特点,不仅有利于超导机理研究而且有着潜在的技术应用价值。本文通过磁控溅射在温度为320 ℃的CaF₂单晶衬底上制备了Fe(Se,Te)薄膜,并在氩气氛围下进行了退火处理。研究了退火时间对Fe(Se,Te)薄膜的晶体结构、微观形貌、成分组成以及电输运特性的影响。结果表明:Fe(Se,Te)薄膜的结晶性较好,退火有助于消除薄膜样品中的FeSe相,薄膜的晶格常数c对退火不敏感,退火后薄膜晶粒尺寸变大;Fe(Se,Te)薄膜成分与靶材的名义组分存在一定的偏差,退火时间越长,Fe(Se,Te)薄膜表面的颗粒越密集;Fe(Se,Te)薄膜的电阻随温度升高而减小,呈现出半导体特性,退火3 h后电阻明显增大。     

射频溅射功率对Mn-Co-Ni-O薄膜结构与性能的影响

采用射频磁控溅射技术在硅衬底上制备了锰钴镍氧(Mn-Co-Ni-O, MCNO)薄膜并进行了后退火处理。利用X射线衍射、扫描电子显微镜、光学测试仪器等测试手段对晶体结构、表面形貌及光学性能进行表征。分析了不同射频溅射功率(60~100 W)对MCNO薄膜表面微观形貌、晶体结构和光学性能的影响。结果表明,在60~90 W下获得的薄膜表面致密且均匀,但在100 W下获得的MCNO薄膜表面晶粒尺寸显著增大。物相分析表明,采用射频磁控溅射沉积的MCNO薄膜主要为尖晶石结构,溅射功率对薄膜结晶质量和择优取向具有显著影响,在80 W下获得的MCNO薄膜结晶质量最佳。同时,拉曼光谱测试也表明该MCNO薄膜表现出最强的Mn⁴⁺—O对称弯曲振动和最小的压应力。紫外-可见-近红外光谱分析表明,MCNO薄膜的吸光范围主要在可见光-近红外波段,在80~90 W溅射功率下获得的MCNO薄膜在近红外波段表现出更强的吸收峰。射频溅射功率的改变会影响薄膜的厚度和结晶质量,从而对薄膜的光学带隙起到调控作用。光致发光光谱测试不同溅射功率下薄膜的缺陷峰发光强度,且在功率为80 W时沉积的薄膜具有最强紫外发射峰,表明改变溅射功率能够有效改善薄膜缺陷及提高晶体质量。     

Structural investigation and electronic band transitions of nanostructured TiO2 thin films

Titanium dioxide (TiO₂) thin film was deposited on n‐Si (100) substrate by reactive DC magnetron sputtering system at 250 °C temperature. The deposited film was thermally treated for 3 h in the range of 400‐1000 °C by conventional thermal annealing (CTA) in air atmosphere. The effects of the annealing temperature on the structural and morphological properties of the films were investigated by X‐ray diffraction (XRD) and atomic force microscopy (AFM), respectively. XRD measurements show that the rutile phase is the dominant crystalline phase for the film annealed at 800 °C. According to AFM results, the increased grain sizes indicate that the annealing improves the crystalline quality of the TiO₂ film. In addition, the formation of the interfacial SiO₂ layer between TiO₂ film and Si substrate was evaluated by the transmittance spectra obtained with FTIR spectrometer. The electronic band transitions of as‐deposited and annealed films were also studied by using photoluminescence (PL) spectroscopy at room temperature. The results show that the dislocation density and microstrain in the film were decreased by increasing annealing temperature for both anatase and rutile phases. (© 2011 WILEY‐VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim)     

采用溶液沉积及快速退火制备LiMn2O4薄膜的研究

采用溶液沉积及快速退火制备了不同厚度的LiMn2O4薄膜,用X射线衍射及扫描电子显微镜检测分析薄膜的物相及形貌;采用恒电流充放电及交流阻抗技术研究了LiMn2O4薄膜的电化学性质.结果表明,制备的LiMn2O4薄膜均匀,晶粒大小相近,晶粒尺寸在20～50 nm之间.经热处理后LiMn2O4薄膜断面清晰,薄膜与基片之间扩散很轻微.随着薄膜厚度的增加,薄膜的粗糙度减小,平整度变好.不同厚度的LiMn2O4薄膜的比容量介于42～47 μAh/(cm2·μm)之间,经50次循环后,薄膜的容量损失率从0.18 μm的0.64;上升到1.04 μm的9.0;,循环性能随着薄膜厚度的增加而变差.电化学阻抗测试表明不同厚度的LiMn2O4薄膜锂离子扩散系数差别不大,数量级为10-11cm2/s.