不同衬底温度下ZnO外延薄膜的结构及光学特性分析

采用螺旋波等离子体辅助射频溅射沉积技术在Al2O3(0001)衬底上沉积ZnO外延薄膜,通过对其结构及光学性质的分析,探讨了衬底温度对薄膜生长特性的影响.实验结果表明,由于等离子体对反应气体的活化及载能粒子对表面反应的辅助作用,采用该等离子体辅助溅射技术能够在较低的衬底温度下实现较高质量的ZnO薄膜外延生长,然而,较高的衬底温度所引起的表面反应不利于薄膜中的氧空位及锌填隙等缺陷的减少,这将限制薄膜的外延质量及光学特性的进一步提高.     

p型掺杂晶体硅的低温液相(001)外延生长研究

为寻求以低成本制备n型太阳电池的pn结,进行了Al-17.6wt;Si合金熔体中(001)n型单晶硅衬底上液相外延生长p型掺杂硅实验.所用方法为垂直浸渍法,实验了过冷恒温生长与回熔处理后连续冷却生长两种模式,过程中体系以流动高纯氩保护.对所得外延生长晶体结构、形貌及所得pn结开路电压进行了分析和测定.结果显示,合金熔体中硅晶体(001)液相外延生长能够实现,但一般呈离散分布的金字塔型岛状生长;只有衬底回熔处理后原位连续降温生长模式可获得连续外延薄膜,之后在其上出现岛状生长,呈现Stranski-Krastanov生长模式.所得连续外延薄膜形成的pn结开路电压比恒温生长所得的提升约100 mV;连续外延薄膜形成后期出现的岛状生长使开路电压明显下降;生长速度提高会使连续降温外延生长pn结开路电压略有降低.     

蓝宝石衬底上磁控溅射法室温制备外延ZnO薄膜

在室温条件下,采用磁控溅射方法在蓝宝石(0001)衬底上制备了外延的ZnO薄膜.采用原子力显微镜(AFM)、X射线衍射仪(XRD)、可见-紫外分光光度计系统研究了ZnO薄膜微观结构和光学特性.AFM测量结果表明ZnO薄膜具有较为均匀的ZnO晶粒,表面平整,具有较小的均方根粗糙度(0.9 nm);X射线衍射结果表明制备的ZnO薄膜为具有六角纤锌矿结构的外延薄膜;光学透射谱显示样品在可见光范围内具有较高的透过性,并在370 nm附近出现一个较陡的吸收边,表明在室温下制备出了具有较高质量的ZnO薄膜.     

掺氮铌酸锂薄膜的制备及基本物性研究

采用激光脉冲沉积与射频等离子体相结合的方法(PLD-RF),在蓝宝石衬底上一步沉积了掺氮铌酸锂(LiNbO3:N)薄膜.采用X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱仪(XPS)和紫外-可见-红外光谱仪(UV-Vis-NIR)对LiNbO3:N的晶格结构、掺杂含量及价态、光学性质进行了研究.结果表明铌酸锂薄膜沿(006)方向择优生长,其中氮的原子含量为2.04;,替代氧原子的位置,N的掺入有效的窄化了LiNbO3的带隙,使其紫外-可见吸收光谱的吸收边出现红移,并且在铌酸锂禁带中引入了杂质能级(Ev),能级深度为2.7 eV.     

一步电沉积法制备铜铟硫薄膜的研究

本文采用一步电沉积法在ITO玻璃衬底上成功制备了不同Cu/In比的CuInS2(CIS)薄膜.采用扫描电子显微镜、能谱仪、X射线衍射和紫外-可见分光光度计对制备的薄膜进行了表征,并研究了Cu/In比对薄膜结晶性和光学性能的影响.研究表明:通过优化电解液成分、pH值和电沉积条件,可得到均匀致密、与衬底结合力强的CIS薄膜;Cu/In比的增大有助于提高退火后薄膜的结晶性能,增大晶粒尺寸;所制备的薄膜均为单一黄铜矿相,具有较好的光吸收性能,其禁带宽度约为1.47 eV.     

衬底温度对氧化锌薄膜微结构及光学性能的影响

衬底温度是磁控溅射法制备氧化锌薄膜中一个非常重要的工艺指标,探索衬底温度对氧化锌薄膜微结构及光学性能的影响对制备环保型高质量氧化锌紫外屏蔽材料具有重要意义。以质量分数99.99%的氧化锌陶瓷靶为溅射源,利用射频磁控溅射技术在石英衬底上沉积了氧化锌紫外屏蔽薄膜,通过X射线衍射仪、薄膜测厚仪、紫外-可见分光光度计、荧光分光光度计进行测试和表征,研究了不同衬底温度对ZnO薄膜微结构及光学性能的影响。实验结果表明:制备所得薄膜均为六角纤锌矿结构,具有沿(002)晶面择优取向生长的特点,其晶格常数、晶粒尺寸、透过率、光学能隙、可见荧光、结晶质量等都与衬底温度密切相关,当衬底温度为250 ℃,溅射功率160 W,氩气压强0.5 Pa,氩气流速8.3 mL/min,沉积时间60 min时,所得氧化锌薄膜样品取向性最好,晶粒尺寸最大,薄膜结构致密,具有良好的光学性能和结晶质量。     

在Si和GaAs衬底上分子束外延CdTe的晶格应变

本文利用高分辨率多重晶多重反射X射线衍射技术对分子束外延CdTe(211)B/ Si(211)与CdTe(211)B/GaAs(211)B材料的CdTe外延薄膜进行了倒易点二维扫描,并通过获得的倒易点二维图,对CdTe缓冲层的应力和应变状况进行了分析.研究显示,对于一定厚度的CdTe外延薄膜,在从生长温度280℃降至室温20℃的过程中,由于和衬底存在热膨胀系数的差异,将在外延薄膜中产生热应力,使外延薄膜发生应变,并且这种应变取代了失配应变,在晶格畸变中占据主导地位.对于Si衬底,热应变表现为张应力;对于GaAs衬底,热应变表现为压应力.该研究结果对于进一步优化在大失配的异质衬底上外延同Hg1-xCdxTe材料晶格匹配的Cd1-yZnyTe材料的Zn组分具有指导意义.     

磁控溅射制备非晶硅薄膜的均匀性及光学吸收特性研究

利用射频磁控溅射镀膜技术,采用不同的衬底温度及射频功率在玻璃衬底上制备了非晶硅薄膜;利用X射线衍射仪、拉曼(Raman)散射仪、台阶仪、紫外-可见光-近红外分光光度计及SPSS统计分析方法研究了衬底温度及射频功率对薄膜均匀性及其光学吸收特性的影响.结果表明:衬底温度从150℃增加到200℃,薄膜的生长速率加快、均匀性降低、光学吸收强度增加,从200℃再增加到250℃,薄膜的生长速率降低、均匀性下降、光学吸收强度减弱;射频功率从90W增加到100 W,薄膜的生长速率加快、均匀性增加、光学吸收强度增加,从100 W再增加到110 W,则薄膜的生长速率降低,均匀性降低、光学吸收强度降低;获得了优化的非晶硅薄膜的制备工艺:射频功率100W,衬底温度200℃.     

衬底温度对In2S3薄膜结构及其性能的影响

采用超声喷雾热解法,在玻璃基底上一步合成了In2S3薄膜.研究了衬底温度对In2S3薄膜的结构、表面形貌、电学和光学性能影响.结果表明:所制备的In2S3薄膜均具有沿(220)面择优取向生长特性且无其他杂相,衬底温度对薄膜的均匀性、致密度、结晶程度均有明显影响,并因此影响薄膜的光电性能.薄膜的导电件随着衬底温度的升高迅速增强,但足在衬底温度为350℃时有所降低.衬底温度为300℃所制备的薄膜在可见光区透光率最高达到90;以上,禁带宽度达到2.43 eV.     

衬底温度对电子束蒸发ZnS薄膜结构和光学特性的影响

采用电子束蒸发法在不同衬底温度下,150℃、200℃、250℃和300℃,制备了ZnS薄膜;用X射线衍射仪、原子力显微镜、膜厚仪和紫外-可见光-近红外分光光度计分别表征ZnS薄膜的晶体结构、表面形貌和光学特性;并分析了不同衬底温度对薄膜的结构和光学特性的影响.结果表明:在硅衬底上制备的ZnS都为多晶薄膜,具有闪锌矿β-ZnS结构;随衬底温度升高呈(111)晶面高度择优取向,平均晶粒尺寸有所增大,内应力、位错密度、折射率和吸收系数有所减小,禁带宽度随之增大;衬底温度为300℃时制备的薄膜表面均匀致密,呈现较优的结构和光学性能.     

RbxK1-xTiOPO4 Thin Films Grown on KTiOPO4 Substrates by Liquid Phase Epitaxy

The properties of Rb_xK_1-xTiOPO₄ thin films grown on KTiOPO₄ substrates are reported. High quality films were obtained using the flux liquid phase epitaxy method, and optical waveguiding was observed in these epitaxial films. X-ray analysis shows that the epitaxial films are single crystals films. Their cell constants are different from those of the substrates. The epitaxy growth rate and other film properties were compared for films grown on different faces. Two different surface morphologies were observed for films grown on (100) faces. The morphologies on (201) and (201) faces were also different. The quality of films grown on the (201) face was better. The reason for a structure inversion for films grown on the z⁻ face is discussed.     

乙酰丙酮对PMMA负载锐钛矿型TiO2薄膜及其光催化性能影响

以钛酸丁酯作为钛源,水为溶剂,乙酰丙酮(AcAcH)为表面修饰剂,采用微波水热辅助溶胶-凝胶法制备了纳米晶二氧化钛水溶液,利用提拉镀膜法在聚合物聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)基板上沉积得到了透明TiO2纳米晶薄膜.通过X射线衍射(XRD)、红外光谱(FTIR)、透射电子显微镜(TEM)、原子力显微镜(AFM)和紫外-可见光吸收光谱(UV-Vis)等对TiO2纳米颗粒和薄膜的晶相组成、表面形貌及光学性能进行表征.同时通过紫外光光催化降解罗丹明B研究了TiO2薄膜的光催化性能.结果表明:通过引入乙酰丙酮,可以得到高度分散、晶相为锐钛矿型的TiO2水溶胶,在PMMA基板上沉积得到的薄膜表面平整、致密,具有良好的透光率,经过180 min紫外光照射,对罗丹明B的降解率达到90;以上.     

沉积温度对电沉积PbS薄膜结构和性能的影响

采用电沉积法在ITO导电玻璃表面沉积了PbS薄膜,并用X射线衍射仪(XRD)、原子力显微镜(AFM)以及傅立叶变换红外光谱仪(FT-IR)对薄膜的结构和光学性能进行了表征,研究了沉积温度对薄膜的相组成、显微形貌以及光学性质的影响.结果表明:在U=3 V,pH=2.5,T=60 ℃,沉积时间为20 min,加入EDTA作络合剂的情况下,可制备出沿(111)和(200)晶面取向生长的立方相PbS薄膜.薄膜显微结构均匀而致密,随着反应温度从20 ℃增加到60 ℃,薄膜内的压应力逐渐减小,禁带宽度也随着变小.所制备的微晶PbS薄膜的禁带宽度约为0.39 eV.     

Growth and optical property characterization of textured barium titanate thin films for photonic applications

We have investigated the growth of barium titanate thin films on bulk crystalline and amorphous substrates utilizing biaxially oriented template layers. Ion beam-assisted deposition was used to grow thin, biaxially textured, magnesium oxide template layers on amorphous and silicon substrates. Growth of highly oriented barium titanate films on these template layers was achieved by molecular beam epitaxy using a layer-by-layer growth process. Barium titanate thin films were grown in molecular oxygen and in the presence of oxygen radicals produced by a 300 W radio frequency plasma. We used X-ray and in situ reflection high-energy electron diffraction (RHEED) to analyze the structural properties and show the predominantly c-oriented grains in the films. Variable angle spectroscopic ellipsometry was used to analyze and compare the optical properties of the thin films grown with and without oxygen plasma. We have shown that optical quality barium titanate thin films, which show bulk crystal-like properties, can be grown on any substrate through the use of biaxially oriented magnesium oxide template layers.     

pH值对电沉积PbS薄膜结构和性能的影响

采用阴极恒电压法在ITO导电玻璃表面沉积了PbS薄膜,并用X射线衍射仪(XRD)、原子力显微镜(AFM)以及傅立叶变换红外光谱仪(FT-IR)对薄膜的结构和光学性能进行了表征,研究了沉积液pH值对薄膜的相组成、显微形貌以及光学性质的影响.结果表明:在U=3 V,pH=2.4,沉积时间为20 min,加入EDTA作络合剂的情况下,可制备出沿(111)和(200)晶面取向生长的立方相PbS薄膜.薄膜均匀而致密,随pH值增加,薄膜的压应力及禁带宽度呈现先减小后增大的变化趋势.所制备的微晶PbS薄膜的禁带宽度约为0.38～0.39 eV.     

Effect of annealing on the structural,electrical and optical properties of nanostructured TiO2 thin films

Nanostructured titanium dioxide thin films were prepared using reactive pulsed laser ablation technique. Effects of annealing on the structural, morphological, electrical and optical properties are discussed. The structural, electrical and optical properties of TiO₂ films are found to be sensitive to annealing temperature and are described with GIXRD, SEM, AFM, UV‐Visible spectroscopy and electrical studies. X‐ray diffraction studies showed that the as‐deposited films were amorphous and at first changed to anatase and then to rutile phase with increase of annealing temperature. Optical constants of these films were derived from the transmission spectra and the refractive index dispersion of the films, subjected to annealing at different temperatures, is discussed in terms of the single oscillator‐Wemple and Didomenico model. (© 2009 WILEY‐VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim)     

制备参数对钙钛氧化物薄膜的微结构和性能影响

利用钛酸丁酯-氯化钙-无水乙醇体系通过溶胶-浸渍提拉法制备了钙钛氧化物薄膜.采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)及能谱分析仪(EDS),荧光光谱仪和紫外-可见分光光度计等技术对薄膜的结构,形貌及元素成分和光学性能进行了分析.结果表明:当n(钛酸丁酯)/n(乙醇)为1∶15时,制备得到了光学性质良好(价带较宽)的钙钛氧化物薄膜.随着焙烧温度升高到550℃,薄膜的结晶强度不断增加,薄膜主晶相由CaTiO3相转化为层状结构CaTi2O4(OH)2主晶相,该薄膜呈现多孔结构,从而使光学特性进一步增强.     

液相自组装法制备铁酸铋薄膜的研究

采用液相自组装法成功制备出铁酸铋(BiFeO3)薄膜,并采用XRD、SEM和VSM等测试方法对BiFeO3薄膜进行了表征.研究了功能化的自组装单分子层(SAMs)表面对BiFeO3薄膜成核和生长的影响,以及沉积温度对铁酸铋薄膜的形成和微观形貌的影响.结果表明:功能化的SAMs表面上薄膜与基底结合牢固,结构致密均一;沉积温度在60～70 ℃之间,薄膜表面比较平整均一,当沉积温度高于70 ℃,薄膜表面出现多晶聚集体现象.     

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。     

Structure and properties of amorphous thin film for optical data storage

In this paper the magnetic and magneto-optical properties of amorphous rare earth-transition metal (RE-TM) alloys as well as the magnetic coupling in the multi-layer thin films for high density optical data storage are presented. Using magnetic effect in scanning tunneling microscopy the clusters structure of amorphous RE-TM thin films has been observed and the perpendicular magnetic anisotropy in amorphous RE-TM thin films has been interpreted. Experimental results of quick phase transformation under short pulse laser irradiation of amorphous semiconductor and metallic alloy thin films for phase change optical recording are reported. A step-by-step phase transformation process through metastable states has been observed. The waveform of crystallization propagation in micro-size spot during laser recording in amorphous semiconductor thin films is characterized and quick recording and erasing mechanism for optical data storage with high performance are discussed. The nonlinear optical effects in amorphous alloy thin films have been studied. By photo-thermal effect or third order optical nonlinearity, the optical self-focusing is observed in amorphous mask thin films. The application of amorphous thin films with super-resolution near field structure for high-density optical data storage is performed.