氧氩比及基底温度对脉冲磁控溅射Cu2O薄膜结构和光学性能的影响

利用脉冲磁控溅射制备技术,采用单质金属铜靶作为溅射靶,在氧气(O2)和氩气(Ar)的混合气氛下在石英玻璃基底上制备Cu2O薄膜,研究了O2和Ar流量比(O2/Ar)及基底湿度对沉积的Cu2O薄膜结构、表面形貌及光学性能的影响.结果表明:在O2/Ar为30∶80的气氛条件下,基底温度在室温(RT)和100℃时均可获得单相的Cu2O＜ 111＞薄膜;薄膜表面致密、颗粒呈球状,粗糙度的均方根(RMS)值随基底温度增加而增大;薄膜的光谱吸收范围为300～ 650 nm,紫外区吸收较强,可见光区吸收强度较弱,吸收强度随基底温度的增加而增强,光学带隙(Eg)随基底温度的增加而减小.     

溅射功率对射频磁控溅射制备非晶In-Ga-Zn-O薄膜的影响

采用射频磁控溅射法在室温玻璃衬底上成功地制备出了铟镓锌氧(In-Ga-Zn-O)透明导电薄膜.研究了不同溅射功率对In-Ga-Zn-O薄膜结构、电学和光学性能的影响.X射线衍射(XRD)表明,在80～150 W溅射功率范围内In-Ga-Zn-O薄膜为非晶结构.随着溅射功率的增加,生长速率成线性增加,电阻率逐渐降低.透射光谱显示在350 nm附近出现较陡的吸收边缘,说明In-Ga-Zn-O薄膜在以上溅射功率范围内具有良好的薄膜质量.光学禁带宽度随着溅射功率增加而减小.In-Ga-Zn-O薄膜在500～800nm可见光区平均透过率超过90;.     

直流磁控反应溅射制备(002)择优取向AlN薄膜

采用直流磁控溅射法,Al靶直径75mm,靶基距9cm,本底真空3×10-5Pa,气体分压N2/Ar=1/3,工作气压0.2Pa,溅射功率72W,溅射时间1h,溅射过程不加热,使其自然升温,在Si(100)衬底上制备AlN薄膜.结合椭圆偏振仪、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)等测试手段研究了薄膜特性.结果表明,所制备的多晶AlN薄膜厚度为715nm,具有良好的(002)择优取向,其衍射峰半高宽(FWHM)为0.24°.XPS剥蚀260min后O的原子浓度降为6.24;,Al和N化学剂量比非常接近1:1.AlN薄膜晶粒大小均匀,平均尺寸为35nm左右.表面粗糙度为0.37nm,表面均方根粗糙度为0.49nm,Z轴方向最高突起约3.13nm.     

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。     

镓掺杂对二氧化钛薄膜光吸收性能的影响

通过向TiO2粉体中加入质量分数为1;～15;的Ga2O3粉末,制备了Ga掺杂的TiO2陶瓷靶,并采用脉冲激光沉积法(PLD)用陶瓷靶制备出TiO2薄膜,将薄膜于800～1000℃下退火.对薄膜结构和光学性质的研究表明1000℃退火条件下浓度为1; Ga2O3掺杂能有效将金红石相TiO2的禁带宽度减小至2.62 eV,使其吸收边红移动至470 nm.     

溅射功率对钛镓共掺杂氧化锌透明导电薄膜光电性能的影响

以ZnO∶Ga2O3∶TiO2(97wt;∶1.5wt;∶1.5wt;)陶瓷靶作为溅射源,采用射频磁控溅射技术在玻璃衬底上制备了钛镓共掺杂氧化锌(TGZO)透明导电薄膜,通过X射线衍射仪、四探针仪和分光光度计测试表征,研究了溅射功率对TGZO薄膜晶体结构、电学性质和光学性能的影响.结果表明:所有TGZO薄膜均为六角纤锌矿结构,并且具有(002)择优取向,溅射功率对薄膜性能具有明显的影响.当溅射功率为200 W时,TGZO薄膜的结晶质量最好、电阻率最低、平均可见光透射率最高,品质因数最大(1.22×10-2 Ω-1),其光电综合性能最佳.另外,通过光谱拟合方法研究了溅射功率对TGZO薄膜折射率和消光系数的影响,并利用Tauc关系式计算了样品的光学能隙.     

Preparation of YAG: Ce3+ Phosphor Thin Film by Sputtering Technique

以自制铈掺杂立方相钇铝石榴石(YAG:Ce3+)荧光粉为原料经冷静压压制得到粉末靶材,在纯氩气气氛下通过射频磁控溅射法在石英玻片上镀膜,随后在氩气气氛下1100℃/3 h热处理得到YAG:Ce3+荧光薄膜.系统探讨了溅射功率、靶间距等因素对YAG:Ce3+荧光薄膜物理和发光性能的影响.分析发现采用粉末靶可以明显提高YAG:Ce3+薄膜溅射沉积速率,在靶间距20mm,溅射功率300 W的制备条件下得到的荧光薄膜经450 nm蓝光激发时,可发射524 nm的光,较商用荧光粉发射峰略有蓝移.粉末靶溅射制备荧光薄膜具有大规模实际应用潜力.     

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.     

溅射气压对硼掺杂ZnO薄膜光电特性的影响

采用脉冲磁控溅射系统在玻璃衬底上制备了ZnO∶B薄膜,利用霍尔测试仪和紫外-可见光-近红外分光光度计及逐点无约束最优化法,研究了溅射气压(0.1 ～3 Pa)对ZnO薄膜的光学和电学特性的影响.结果表明:ZnO∶B薄膜在可见光区域内的平均透光率高于80;,近红外波段的透过率及薄膜的电阻率与溅射气压成正比;折射率n随溅射气压降低呈下降趋势,其值介于1.92 ～2.09之间;在较低的溅射气压下(PAr=0.1 Pa)获得的薄膜电阻率最小(3.7×10-3Ω·cm),且对应着小的光学带隙(Eg=3.463 eV).     

溅射制备Zn(O,S)薄膜及其在CIGS电池中的应用

通过射频磁控溅射(MS)工艺,在不同溅射功率下制备Zn(O,S)薄膜,并将其应用于CIGS异质结器件结构中.采用XRD、XRF、台阶仪、透反射光谱仪、SEM以及wxAMPS仿真软件对Zn(O,S)薄膜以及MS-Zn(O,S)/CIGS异质结器件进行研究.结果表明,低功率条件下(<80 W),Zn(O,S)薄膜内S/Zn明显降低,带隙减小,所制备的微晶或非晶结构Zn(O,S)薄膜材料中生成闪锌矿结构ZnS (α-ZnS);高溅射功率下(>100 W),薄膜内S/Zn增加并趋于稳定,Zn(O,S)材料结晶性能改善,α-ZnS消失,带隙增加.器件仿真结果表明,低功率条件下,缓冲层与吸收层(AB)界面导带失调值(CBO)增大,空间电荷区(SCR)复合加剧;高功率条件下,器件品质因子升高明显,主要是由于高功率引起的异质结界面类受主缺陷浓度增加.     

溅射功率对铝铬共掺杂氧化锌透明导电薄膜特性的影响(英文)

室温下,利用直流磁控溅射法在玻璃衬底上制备了铝铬共掺杂氧化锌薄膜,研究了溅射功率(55-130 W)对薄膜结构、残余应力、表面形貌及其光电性能的影响。结果表明,ZnO(002)衍射峰的强度随着溅射功率的增大而增强,晶体结构得以改善。晶格常数、压应力和电阻率均随着溅射功率的增大而减小。当溅射功率为130 W时,制备的ZnO∶Al,Cr薄膜的最低电阻率可达1.09×10-3Ω.cm。功率由55 W增大到130 W时,光学带隙由3.39 eV增大到3.45 eV。紫外-可见透射光谱表明,所有薄膜在可见光范围内平均透过率均超过89%。     

衬底温度对Cu2O薄膜结构和性能的影响

采用射频磁控溅射技术在石英衬底上制备了Cu2O薄膜。系统研究了衬底温度对薄膜结构、光学和电学性能的影响。XRD的结果显示,在所有衬底温度条件下均可得到单相的Cu2O结构,而且随着衬底温度由500 K升至800 K,薄膜表现出(111)择优取向的生长特点。电学和光学测试结果表明,室温电导率和光学带隙随着衬底温度的升高而增加,800 K制备的薄膜的带隙值最高约为2.58 eV。     

溅射法制备YAG:Ce3+荧光薄膜

以自制铈掺杂立方相钇铝石榴石(YAG∶Ce3+)荧光粉为原料经冷静压压制得到粉末靶材,在纯氩气气氛下通过射频磁控溅射法在石英玻片上镀膜,随后在氩气气氛下1100℃/3 h热处理得到YAG∶Ce3+荧光薄膜。系统探讨了溅射功率、靶间距等因素对YAG∶Ce3+荧光薄膜物理和发光性能的影响。分析发现采用粉末靶可以明显提高YAG∶Ce3+薄膜溅射沉积速率,在靶间距20 mm,溅射功率300 W的制备条件下得到的荧光薄膜经450 nm蓝光激发时,可发射524 nm的光,较商用荧光粉发射峰略有蓝移。粉末靶溅射制备荧光薄膜具有大规模实际应用潜力。     

不同磁控溅射方式制备的C掺杂h-BN薄膜微观结构与导电性研究

采用中频双极脉冲(IFBP)和射频(RF)磁控溅射分别在(100)取向的单晶Si衬底上沉积C掺杂h-BN(h-BN:C)薄膜,随后在95;Ar+5;H2混合气氛中进行700℃退火处理,对其结构、化学组成、元素的化学价态、表面形貌以及导电性进行了分析研究.结果表明:两种溅射方法均成功在Si基片上制备出致密连续的h-BN:C薄膜,其电阻率可低至2.9×104～2.5×105Ω·cm.对比发现两种制备方法中IFBP磁控溅射具有较快沉积速率,制备出的h-BN:C薄膜结构更稳定,结晶性更好;而RF磁控溅射制备的h-BN:C薄膜经700℃退火处理后形成了层状结构.在溅射气氛中掺入一定量H2对提高h-BN:C薄膜稳定性极为重要,而沉积后的低温退火处理更可提高其结晶性和稳定性.     

磁控溅射气体参数对氧化铟薄膜特性的影响

采用射频磁控溅射法生长氧化铟薄膜,研究了溅射气压和溅射气体对氧化铟薄膜结构及光电特性的影响.X射线衍射结果表明制得的薄膜为立方结构的多晶体,随着溅射气压的升高,薄膜晶粒尺寸变大.1 Pa下沉积的氧化铟薄膜具有最大的迁移率和最小的载流子浓度,分别为15.2 cm2/V·s和1.19×1019cm-3.用O2溅射的氧化铟薄膜载流子浓度降至4.39×1013cm-3,在红外区(1.5～5.5μm)的平均透射率为85;,高于Ar溅射的薄膜,这可能是由于O2的加入减少了氧空位,降低了载流子浓度,使得自由载流子对红外光的吸收减弱.     

溅射气压对直流电源磁控溅射制备掺铝氧化锌薄膜性能的影响

以ZnO∶Al2O3(2wt%)陶瓷为溅射靶材,采用直流磁控溅射的方法,在普通玻璃衬底上制备ZnO∶Al(AZO)薄膜,研究了溅射气压对AZO薄膜的结构特性、表面形貌及其光电性的影响。XRD和SEM测试表明所有样品均为多晶六角纤锌矿结构,薄膜呈(002)晶面择优生长。用体积百分比为0.5%稀盐酸对制备的AZO薄膜进行腐蚀制绒,腐蚀后其表面形貌随溅射气压的不同而改变。在适当溅射气压下(～1.5m Torr)制备的薄膜,通过溅射后腐蚀工艺,可获得表面形貌具有特征陷光结构的AZO薄膜,其表面呈现"弹坑"状,薄膜的绒度随表面形貌的不同而变化。同时通过优化制备工艺,所有溅射气压下制备的AZO薄膜在可见光及近红外范围的平均透过率大于80%,电阻率低于8.5×10-4Ω·cm,可以满足硅基薄膜太阳电池对透明前电极光电性能的要求。     

溅射功率对硫化镉薄膜结构和光电性能的影响

在玻璃衬底上采用射频磁控溅射方法制备了硫化镉(CdS)薄膜,研究了溅射功率对CdS薄膜的结构、表面形貌、光学特性和电学性质的影响.XRD测量表明制备的CdS薄膜均为六方纤锌矿结构的多晶薄膜.随着功率从40 W增加到80 W,H(102)面的峰呈现增强再逐渐减弱的趋势.60 W时薄膜的衍射峰最强,结晶度最好.同时,薄膜的晶粒尺寸随着功率增加先增大再减小.从SEM图像可以看出,制备的薄膜均匀致密且无针孔的出现.在可见光范围内,薄膜的平均透射率都在70;以上.随着功率的增加,薄膜带隙在2.25～2.41 eV的范围内变化,而暗电导率呈现先增加再减少的趋势.     

磁控溅射参数对（Ba,Sr）TiO3薄膜择优取向生长的影响

采用磁控溅射法在Pt/Ti/SiO2/Si衬底上制备了(Ba,Sr)TiO3薄膜。基于薄膜的形核理论,研究了溅射气压、靶基距、衬底温度和溅射功率等溅射参数对(Ba,Sr)TiO3薄膜择优取向生长的影响。实验结果表明:磁控溅射中,较高衬底温度(600℃)有助于钙钛矿成相;通过改变磁控溅射参数,能得到(111)、(001)、(110)择优取向的薄膜。     

单质靶溅射制备CZTS薄膜及太阳电池

采用单质靶磁控溅射制备Cu2ZnSnS4 (CZTS)薄膜,研究了薄膜的元素组分、升温速率、硫化温度对薄膜表面平整性以及晶粒尺寸的影响.通过SEM与AFM表征薄膜的表面形貌与表面粗糙度,用EDS检测薄膜的元素组分.所制备的样品的Cu/(Zn+ Sn)、Zn/Sn处于最优范围.通过XRD及Raman检测薄膜的结晶情况以及薄膜中的二次相,经上述测试分析判定CZTS薄膜品质良好.最终制备出以CZTS为吸收层的薄膜太阳电池,并用Ⅰ～V特性检验了CZTS电池性能参数,得到效率为0.83;的CZTS薄膜太阳电池,并通过改进硫化退火工艺将效率提高至1.58;.     

低温磁控溅射法制备氧化锌薄膜的光学性能研究

采用射频磁控溅射法,在较低的衬底温度(100℃)下,改变溅射时间,制备了一组氧化锌(ZnO)薄膜.采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)、X射线能谱仪(EDS)、傅里叶红外光谱(FTIR)、拉曼光谱和紫外-可见分光光度计对制备的ZnO薄膜的微观结构、形貌和光学特性进行了研究.XRD图谱表明,制备的ZnO薄膜具有良好的结晶性和c轴择优取向,随着溅射时间的增加,(002)衍射峰的强度先增大后降低,溅射时间为40 min时,(002)衍射峰的强度达到最大,衍射峰半高宽最小;AFM测试表明制备的ZnO薄膜表面呈现球状颗粒,随着溅射时间的延长,薄膜的颗粒尺寸和表面均方根粗糙度均逐渐变大;EDS结果显示溅射时间较长(40 min和60 min)的ZnO薄膜,O和Zn的原子比更接近1:1.FTIR光谱中,发现位于408 cm-1附近的ZnO的E1(TO)声学模式和位于380 cm-1处的A1(TO)模式;拉曼光谱中,观测到了分别位于99 cm-1和438 cm-1处的ZnO的E2(Low)和E2(high)模式拉曼特征峰;紫外-可见透过光谱显示,在可见光范围,ZnO薄膜具有高的透光率,平均透光率高于90;,ZnO薄膜的光学禁带宽度范围为3.27～3.28 eV,溅射时间为40 min时,ZnO薄膜的光学禁带宽度最接近单晶ZnO的.