铝膜溅射功率对铝诱导CdZnTe薄膜结构及性能影响

采用磁控溅射法制备CdZnTe先驱薄膜/金属Al膜的层叠结构,利用铝诱导技术制备CdZnTe薄膜.通过原子力显微镜、X射线衍射、Raman光谱仪和半导体特性分析系统,研究了铝膜溅射功率对铝诱导CdZnTe薄膜结构及性能的影响.结果表明:随着铝膜溅射功率的增加,铝诱导CdZnTe薄膜表面的薄膜结晶质量、晶粒尺寸和薄膜电阻率先增大后减小.铝诱导晶化的效果与铝膜溅射功率有关,当铝膜溅射功率达到100 W,CdZnTe薄膜的晶化诱导效果最显著,薄膜结晶质量最好,晶粒尺寸最大.     

含Ag电极的非晶In-Ga-Zn-O薄膜的阻变开关特性

采用射频磁控溅射法在Pt/Ti/SiO2/Si衬底上制备了非晶InGaZnO4(α-IGZO)薄膜,利用直流磁控溅射法制备的Ag金属薄膜作为反应上电极,构建了Ag/非晶InGaZnO4(α-IGZO)/Pt结构的阻变存储器件单元。所制备的器件具有双极型阻变特性,写入时间仅为107 ns,经过300次循环开关后,器件仍显示良好的开关效应。对置于高低阻态的器件使用5 mV横电压测量其电阻,电阻值经过1.2×104s无明显衰减趋势,表明器件具有较好的保持特性。阻变开关机制归因于在外加电场的作用下,由于电化学反应,使得Ag导电细丝在存储介质α-IGZO薄膜中形成和溶解。     

溅射温度对ITO/Ag/ITO多层复合薄膜的结构和光电性能的影响

本文采用直流磁控溅射分层溅射制备了氧化铟锡(ITO)/银(Ag)/ITO多层复合薄膜。系统研究了溅射温度对ITO/Ag/ITO多层复合薄膜的结构和光电性能影响。采用ITO(m(In₂O₃)∶m(SnO₂)=9∶1;直径60 mm)靶材和Ag(纯度99.999%;直径60 mm)靶材分层溅射,使ITO薄膜和Ag薄膜依次沉积在钠-钙玻璃基片上。结果表明,溅射温度对该薄膜的形貌和结构具有显著的影响。在中间Ag薄膜和顶层ITO薄膜的溅射温度均为120 ℃时,薄膜表面晶粒形貌由类球形转变为菱形,此时薄膜方阻为3.68 Ω/Sq,在488 nm处透射率为88.98%,且品质因数为0.03 Ω^-1,实现了低方阻高可见光透射率ITO/Ag/ITO多层复合薄膜的制备。     

薄膜厚度对MOCVD法沉积ZnO透明导电薄膜的影响

本文研究了薄膜厚度对MOCVD技术制备未掺杂ZnO薄膜的微观结构和电学特性影响.XRD和SEM的研究结果表明,随着薄膜厚度的增加,ZnO薄膜(110)峰趋于择优取向,且晶粒逐渐长大,薄膜从球状和细长棒状演变为具有类金字塔绒面结构特征的ZnO薄膜;Hall测量表明,较厚的ZnO薄膜有助于提高薄膜电学特性,可归于晶粒长大和晶体质量提高.40min沉积时间(膜厚为1250nm)制备出的ZnO薄膜具有明显绒面结构,其晶粒尺寸为300～500nm,电阻率为7.9×10-3Ω·cm,迁移率为26.8cm2/Vs.     

W/TiO2/ITO薄膜的阻变性能及其机理研究

采用磁控溅射方法沉积TiO2薄膜及电极层,制备W/TiO2/ITO薄膜阻变存储器单元.利用原子力显微镜、X射线衍射仪、X射线光电子能谱仪对薄膜进行表征,测试结果表明:TiO2薄膜表面平整、致密;组织结构以非晶为主,仅有少量的金红石相TiO2(110)面结晶;钛氧比为1∶1.92,其内部存在少量的氧空位.在电学测试中,元件呈现出了稳定的双极阻变现象,VSet分布在0.92 V左右,VReset分布在-0.82 V左右;元件窗口值稳定,数据保持特性良好.通过对元件Ⅰ-Ⅴ曲线线性拟合结果的分析,我们认为元件的阻变机理由导电细丝机制主导.进一步的分析发现,该导电细丝是由钨原子构成,钨原子在电场作用下发生氧化还原反应并在TiO2薄膜层中迁移,造成了导电细丝的形成和断裂.     

用于HIT太阳能电池的ITO薄膜制备与性能研究

采用中频脉冲磁控溅射工艺制备ITO薄膜,研究了衬底温度和溅射功率对薄膜性能的影响.通过对二者的优化,获得了方阻为2.99Ω/□,电阻率为1.76×10-4Ω·cm,可见光波段(400～800 nm)平均透过率为82.3;的ITO薄膜.将优化后的薄膜用于电池上,制出了转化效率为14.04;的HIT太阳能电池.     

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。     

基底加热温度对ITO薄膜的性能影响研究

氧化铟锡(ITO)薄膜被广泛用作光电器件中的透明导电电极,其透光率、导电性、表面粗糙度、与基底的功函数匹配及其电流传输特性都会对光电器件的性能造成影响。本文采用射频(RF)磁控溅射方法制备ITO薄膜,系统研究了基底加热温度对其各方面性能的影响,并确认了最佳基底温度。实验采用锡掺氧化铟陶瓷为靶材,组分摩尔比为m(In₂O₃)∶m(SnO₂)=90∶10。采用XRD、SEM对所制备的薄膜进行表征,系统分析不同基底温度对ITO薄膜结晶性能、形貌的影响;采用紫外可见分光光度计、霍尔效应测试仪、紫外光电子谱仪(UPS)、电流电压曲线系统研究了基底温度对薄膜光电特性、载流子浓度、薄膜功函数以及电流传输特性的影响。研究结果表明,基底温度200 ℃为最佳,此时ITO薄膜结晶良好、表面平整、可见光波段平均透过率超过80%,导电性能和电流传输特性均较佳,且薄膜组分与靶材组分一致。     

CdZnTe晶片的Raman光谱研究

利用Raman光谱技术研究了CdZnTe晶片表面处理方法、激光功率及波长变化对CdZnTe晶片的Raman谱线影响.研究表明:CdZnTe晶片分别经过机械抛光、Br-MeOH溶液处理以及Br-MeOH溶液+ KOH/甲醇溶液处理后,由于表面晶格完整性的改变, Raman光谱出现了明显变化.采用514.5 nm、632.8 nm及785 nm激光激发CdZnTe晶片时,晶片的Raman波谱也有所不同,其中用785 nm激光激发样品,荧光发光峰位于100～200 cm~(-1)范围,掩盖了晶片Raman特征峰.在对CdZnTe晶片做Raman测试时,尽可能选择较低功率.     

Nb掺杂ZnO透明导电薄膜的结构以及光电性能研究

采用直流磁控溅射法在玻璃衬底上制备了高质量的Nb掺杂ZnO( NZO)透明导电薄膜.为了研究薄膜厚度对薄膜性质的影响,制备了五个厚度分别为239 nm,355 nm,489 nm,575 nm和679 nm的样品.XRD结果表明,ZnO∶ Nb薄膜是具有六角纤锌矿结构的多晶薄膜,并且具有垂直于衬底的c轴择优取向.随着膜厚的增加,薄膜的结晶质量明显提高.当厚度从239 nm增加到489 nm时,平均晶粒尺寸从19.7 nm增加到24.7 nm,薄膜的电阻率持续减小;当厚度进一步增加时,晶粒尺寸略有减小,电阻率有所增加.本实验获得的最低电阻率为4.896×10-4Ω·cm.随膜厚的增加,光学带隙先增大后减小.所有薄膜在可见光区域的平均透过率均超过88.3;.     

衬底温度对直流反应磁控溅射法制备的N掺杂p型ZnO薄膜性能的影响

利用直流反应磁控溅射法(纯金属锌作为靶材,Ar-N2-O2混合气体作为溅射气体)在石英玻璃衬底上制备了N掺杂p型ZnO薄膜.通过XRD、Hall和紫外可见透射谱分别研究了衬底温度对ZnO薄膜结构性能、电学性能和光学性能的影响.XRD结果显示所有制备的薄膜都具有垂直于衬底的c轴择优取向,并且随着衬底温度的增加,薄膜的晶体质量得到了提高.Hall测试表明衬底温度对p型ZnO薄膜的电阻率具有较大影响,400℃下生长的p型ZnO薄膜由于具有较高的迁移率(1.32 cm2/Vs)和载流子浓度(5.58×1017cm-3),因此表现出了最小的电阻率(8.44Ω·cm).     

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。     

磁控溅射Cu薄膜的光电性能研究

利用磁控溅射技术,通过正交试验设计方法,在K9光学玻璃基底上制备了Cu薄膜,研究了溅射时间、基底温度和氩气流量对Cu薄膜光电性能的影响.研究表明:Cu薄膜的透射谱在紫外波段362 nm处有明显吸收峰,但在可见光波段吸收强度较弱,说明Cu膜在可见波段有较高的透光性;膜厚度增加则光学透射率降低.电阻率随膜厚的增大,大体上呈逐渐减小的趋势;1100 nm 为临界尺寸,Cu膜厚度<1100 nm时,电阻率值变化较快;Cu薄膜厚度>1100 nm时,电阻率变化缓慢至定值.当溅射时间为25 min、基底温度为300 ℃、氩气流量为6.9 sccm时所得样品在紫外-可见光区没有吸收,且导电性好.     

多周期溅射单质靶制备铜锌锡硫薄膜电池

采用多周期磁控溅射单质靶Cu-Sn-Zn制备CZTS薄膜太阳电池.多周期包含两周期和四周期,同时与单周期制备的CZTS薄膜电池作对比.通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)和拉曼光谱仪(Raman)对不同周期得到的CZTS薄膜的晶体性质、表面样貌、化学成分等性质进行分析研究.分析结果显示,多周期制备的CZTS薄膜晶体质量要比单周期的好,表面均匀致密.重要的是四周期溅射制备的CZTS薄膜是研究的最佳实验组.最终把不同周期得到的CZTS薄膜制备成完整的器件结构,得到的太阳电池效率分别是:单周期2.64;,两周期3.01;,四周期3.36;.     

大尺寸非规则碲锌镉晶片双面抛光技术

碲锌镉(CdZnTe)晶体性能优越，是高性能碲镉汞(HgCdTe)外延薄膜的首选衬底材料。双面抛光是一种加工质量较高的碲锌镉晶片表面抛光方式，其具有效率高、平整度好、晶片应力堆积少的优点。但当碲锌镉晶片尺寸增大后，其加工难度也随之上升，易出现碎片多、加工速率慢、表面平整度差等问题。本文开展了大尺寸非规则碲锌镉晶片双面抛光技术研究，深入分析了面积大于50 cm²的非规则碲锌镉晶片双面抛光工艺中，不同参数对抛光质量的影响，通过模拟并优化晶片运动轨迹，优化抛光液磨粒粒型、抛光压力、抛光液流量等抛光工艺参数，实现了具有较高抛光速率和较好表面质量的大尺寸非规则碲锌镉晶片双面抛光加工，对进一步深入研究双面抛光技术有着重要意义。     

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。     

高硼硅玻璃薄膜的磁控溅射沉积及性能研究

本文采用射频磁控溅射法,以高硼硅玻璃为靶材,在高硼硅玻璃基底上制备高硼硅玻璃薄膜。探讨磁控溅射法与熔融法制得的高硼硅玻璃的性能差异,研究磁控溅射功率对高硼硅玻璃薄膜质量的影响。通过X射线衍射仪(XRD)、傅里叶红外光谱仪(FT-IR)、X射线光电子能谱仪(XPS)、扫描电镜(SEM)、台阶仪、紫外可见(UV-Vis)分光光度计和纳米压痕仪器等对薄膜的物相结构、成分、沉积速率、透光率,以及纳米硬度和杨氏模量进行表征与分析。结果表明:本实验所制备的高硼硅玻璃薄膜为非晶态结构;当工作气压为0.6 Pa时,薄膜的沉积速率随溅射功率上升不断增加;对比不同溅射功率下的透光率,发现高硼硅玻璃薄膜对基体的透光性影响较小,当溅射功率为150 W,可见光透光率损失仅为2%;不同溅射功率下获得薄膜的纳米硬度和杨氏模量随溅射功率先增大后减小,在120 W时达到最大峰值,相较于原玻璃基底分别提升3%和3.5%。     

CdZnTe(211)面纳米力学特性分析

采用研磨-机械抛光-化学机械抛光工艺对CdZnTe(211)面进行加工,当表面粗糙度Ra达到0.94 nm时,采用纳米压痕仪对CdZnTe(211)面进行纳米力学性能测量,试验结果表明:弹性模量和硬度随着压力的增大而减小,存在明显的尺寸效应.当针尖离开晶体表面时,黏附现象特别明显.在不同晶向上,弹性模量和硬度存在显著的各向异性.