低温硫化制备ZnS薄膜的物理性质研究

采用磁控溅射方法先在玻璃衬底上室温下沉积Zn金属薄膜,接着先后在200和400 ℃温度下的硫蒸气和氩气流中进行退火,生长出 ZnS 薄膜。薄膜样品的微观结构、物相结构、表面形貌和光学性质分别采用正电子湮没技术 (PAT)、X射线衍射仪 (XRD)、扫描电子显微镜 (SEM)和紫外-可见分光光度计进行表征。该ZnS薄膜在可见光范围具有约80%的高透光率,随着硫化时间的增加,其带隙由3.55 增加到3.57 eV,S/Zn原子比从0.54上升至0.89,薄膜质量明显得到改善,相对于以前报道的真空封装硫化所制备的ZnS薄膜,硫过量问题得到了较好解决。此外,慢正电子湮没多普勒展宽谱对硫化前后薄膜样品中膜层结构缺陷研究表明,硫化后薄膜的S参数明显增大,生成的ZnS 薄膜结构缺陷浓度高于Zn薄膜。     

低温铝诱导晶化制备纳米晶硅薄膜的物相和光学性能研究

采用射频磁控溅射镀膜系统,在玻璃衬底上制备了非晶硅(α-Si)/铝(Al)复合薄膜,结合氮气(N₂)气氛中低温快速光热退火制备了纳米晶硅(nc-Si)薄膜;利用光学显微镜、共焦光学显微仪、X射线衍射(XRD)仪、拉曼散射光谱(Raman)仪和紫外-可见光-近红外分光光度计(UV-VIS-NIR)对纳米晶硅薄膜的表面形貌、物相及光学性能进行了表征,研究了退火工艺对薄膜性能的影响。结果表明： 300 ℃,25 min光热退火可使α-Si/Al膜晶化为纳米晶硅薄膜,晶化率为15.56%,晶粒尺寸为1.75 nm;退火温度从300 ℃逐渐升高到400 ℃,纳米晶硅薄膜晶粒尺寸、晶化率、带隙逐渐增加,表面均匀性、晶格畸变量逐渐减小;退火温度从400 ℃逐渐升高到500 ℃,纳米晶硅薄膜的晶粒尺寸、晶化率继续增加,带隙则逐渐降低;采用纳米晶硅薄膜的吸光模型验证了所制备的纳米晶硅薄膜的光学特性,其光学带隙的变化趋势与吸光模型得出的结果一致。     

射频磁控溅射法制备ZnS多晶薄膜及其性质

实验采用射频磁控溅射法在玻璃衬底上沉积了ZnS多晶薄膜,研究了沉积气压、退火温度和衬底温度对ZnS薄膜质量的影响.利用X射线衍射(XRD)分析了薄膜的微结构,并计算了内应力值.通过紫外-可见光分光光度计测量了薄膜的透过谱,计算了Urbach能量和禁带宽度.利用扫描电子显微镜(SEM)观察了薄膜的表面形貌.结果表明: 衬底温度为室温时沉积的ZnS薄膜具有较大的压应力,并且内应力值随着工作气压增大而增大,在300 ℃下进行退火处理后内应力松弛,衬底温度为350 ℃时制备的ZnS薄膜内应力小,透过率高,经300 ℃退火处理后结晶质量有所提高. 关键词： ZnS薄膜 射频磁控溅射 内应力     

快速退火对PLD法制备SnS薄膜结构和光学性质的影响

利用脉冲激光沉积(PLD)法在玻璃基片上室温生长SnS薄膜,并在Ar气保护下分别在200,300,400,500,600℃对薄膜进行快速退火处理。利用X射线衍射(XRD)、拉曼光谱仪(Raman)、原子力显微镜(AFM)、场发射扫描电子显微镜( FE-SEM)、紫外-可见-近红外分光光度计( UV-Vis-NIR)、Keithley 4200-SCS半导体参数分析仪研究了快速退火温度对SnS薄膜的晶体结构、表面形貌以及有关光学性质和电学性能的影响。所制备的SnS薄膜样品沿(111)晶面择优取向生长,退火温度为400℃时的薄膜结晶质量最好。薄膜均具有SnS特征拉曼峰。随着退火温度的升高,薄膜厚度逐渐减小,而平均颗粒尺寸逐渐增大。不同退火温度下的SnS薄膜在可见光范围内的吸收系数均为105 cm-1量级,400℃时退火薄膜的直接带隙为1.92 eV。随着退火温度从300℃升高到500℃,电阻率由1.85×104Ω·cm下降到14.97Ω·cm。     

不同衬底和CdCl2退火对磁控溅射CdS薄膜性能的影响

在科宁7059玻璃, FTO, ITO, AZO四种衬底上磁控溅射CdS薄膜, 并在CdCl₂+干燥空气380 ℃退火, 分别研究了不同衬底和退火工艺对CdS薄膜形貌、结构和光学性能的影响. 扫描电子显微镜形貌表明: 不同衬底原位溅射CdS薄膜的形貌不同, 退火后相应CdS薄膜的晶粒度和表面粗糙度明显增大. XRD衍射图谱表明: 不同衬底原位溅射和退火CdS薄膜均为六角相和立方相的混相结构, 退火前后科宁7059玻璃, FTO, AZO衬底上CdS薄膜有 H(002)/C(111) 最强衍射峰, ITO衬底原位溅射CdS薄膜没有明显的最强衍射峰, 退火后出现 H(002)/(111) 最强衍射峰. 紫外-可见分光光度计分析表明: AZO, FTO, ITO, 科宁7059玻璃衬底CdS薄膜的可见光平均透过率依次减小, 退火后相应衬底CdS薄膜的可见光平均透过率增大, 光学吸收系数降低; 退火显著增大了不同衬底CdS薄膜的光学带隙. 分析得出: 上述结果是由于不同衬底类型和退火工艺对CdS多晶薄膜的形貌、结构和带尾态掺杂浓度改变的结果. 关键词： CdS薄膜 磁控溅射 退火再结晶 带尾态     

连续离子层吸附反应沉积后硫化法制备柔性铜锌锡硫薄膜太阳电池

在柔性钼箔衬底上采用连续离子层吸附反应法(successive ionic layer absorption and reaction)制备ZnS/Cu2SnSx叠层结构的预制层薄膜,预制层薄膜在蒸发硫气氛、550 C温度条件下进行退火得到Cu2ZnSnS4吸收层.分别采用EDS,XRD,Raman,SEM表征吸收层薄膜的成分、物相和表面形貌.结果表明,退火后薄膜结晶质量良好,表面形貌致密.用在普通钠钙玻璃上采用相同工艺制备的CZTS薄膜表征薄膜的光学和电学性能,表明退火后薄膜带隙宽度为1.49 eV,在可见光区光吸收系数大于104cm 1,载流子浓度与电阻率均满足薄膜太阳电池器件对吸收层的要求.用上述柔性衬底上的吸收层制备Mo foil/CZTS/CdS/i-ZnO/ZnO:Al/Ag结构的薄膜太阳电池得到2.42%的效率,是目前报道柔性CZTS太阳电池最高效率.     

退火对ZnS/PS复合体系光致发光特性的影响

用脉冲激光沉积(PLD)技术以多孔硅(PS)为衬底生长了ZnS薄膜,分别测量了ZnS、PS以及ZnS/PS复合体系在室温下的光致发光(PL)光谱。结果发现,ZnS/PS复合体系的PL光谱中PS的发光峰位相对于新制备的PS有所蓝移。把该ZnS/PS样品分成三块,在真空400℃分别退火10,20,30 min,研究不同退火时间对ZnS/PS复合体系光致发光特性的影响。发现退火后样品的PL光谱中都出现了一个新的绿色发光带,归结为ZnS的缺陷中心发光。随着退火时间的延长,PS的发光强度逐渐降低且峰位红移。把ZnS的蓝、绿光与PS的红光相叠加,整个ZnS/PS复合体系在可见光区450~700 nm形成一个较宽的光致发光谱带,呈现较强的白光发射。     

氮分压对氮化铜薄膜结构及光学带隙的影响

在不同的氮分压r(r=N₂/［N₂+Ar］)和射频功率P下，使用反应射频磁控溅射法，在玻璃基片上制备了氮化铜薄膜样品.用台阶仪测得了薄膜的厚度，用原子力显微镜、X射线衍射仪、紫外-可见光谱仪对薄膜的表面形貌、结构及光学性质进行了表征分析.结果表明，薄膜的沉积速率随P和r的增加而增大.薄膜表面致密均匀，晶粒尺寸为30nm左右.随着r的增加，薄膜颗粒增大，且薄膜由(111)晶面转向(100)晶面择优生长.薄膜的光学带隙E_g在1.47—1.82eV之间，随r的增加而增大. 关键词： 氮化铜薄膜 反应射频磁控溅射 晶体结构 光学带隙     

Pulsed Laser Deposition ZnS Buffer Layers for CIGS Solar Cells

采用脉冲激光沉积(PLD)技术,在20、200、400和600 oC下制备出了高质量的ZnS薄膜．XRD分析结果表明,PLD法制备的ZnS多晶薄膜为立方闪锌矿结构而并非Murali报道的六方的纤锌矿结构,并沿(111)方向择优取向生长．Raman光谱进一步证明了在350 cm-1出现了立方相ZnS薄膜的A1振动模式．通过ZnS薄膜的SEM平面和断面图可观察到采用PLD技术生长出了非常密实、光滑、均匀的薄膜．PLD生长的ZnS薄膜的颗粒远小于化学浴沉积的CdS颗粒,这也是影响其电池效率的主要原因．XRF化学组成分析结果表明ZnS薄膜符合化学计量比,但略微富S．最后通过光吸收谱测得不同温度下的ZnS薄膜的光学带隙在3.2～3.7 eV,并随薄膜沉积温度的升高,光学带隙反而增加．采用宽带隙的ZnS缓冲层材料,与CdS(2.4 eV)相比,可以增加电池蓝波段的响应．     

立方氮化硼薄膜的光学带隙

用射频溅射法在p型Si(100)衬底上沉积立方氮化硼(c-BN)薄膜,薄膜的成分由傅里叶变换红外谱标识,用紫外-可见分光光度计测量了c-BN薄膜的反射光谱,利用K-K(Kramers-Kroning)关系从反射谱计算出c-BN薄膜的光吸收系数,进而确定c-BN薄膜的光学带隙.对于立方相含量为55.4%的c-BN薄膜,光学带隙为5.38eV. 关键词： 立方氮化硼薄膜 光学带隙 K-K关系     

衬底对原位氧化制备的ZnO薄膜结构和光学性质的影响

 采用射频反应溅射法在不同衬底上制备Zn₃N₂薄膜,然后对其原位氧化制备ZnO薄膜。利用X射线衍射分析(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和光致发光谱(PL)等表征技术研究了不同衬底对ZnO薄膜的结晶特性和发光性能的影响。XRD研究结果显示:Zn₃N₂薄膜在500 ℃原位氧化3 h后完全转变为ZnO薄膜,在玻璃和熔融石英衬底上制备的多晶ZnO薄膜无择优取向,而单晶硅（100）衬底上的多晶ZnO薄膜具有较好的沿（002）方向的择优取向。PL测试结果显示:硅和熔融石英衬底上的多晶ZnO薄膜发光性能良好,激子复合产生的紫外发光峰很强,且半高宽较窄,而来自于深能级发射的绿色发光峰很弱;而玻璃衬底上的多晶ZnO薄膜发光性能较差。     

基片温度对PLD制备ZnO薄膜光学常数的影响

光谱椭偏仪被用来研究用脉冲激光沉积方法在Si(100)基片上,温度分别为400,500,600,700 ℃制备的ZnO薄膜的特性。利用三层Cauchy散射模型拟合椭偏参数,计算了每个温度下制备的ZnO薄膜在400~800 nm波长范围内的折射率(n)和消光系数(k)。发现基片温度对光学常数有很大的影响。通过分析XRD表征的晶体结构和 AFM表征的薄膜表面形貌,发现折射率的变化归因于薄膜堆积密度的变化。为了获得具有较好的光学和薄膜质量的ZnO薄膜,相比与其他沉积温度600 ℃或许是最佳的沉积温度。     

气相输运法制备ZnO薄膜(英文)

运用气相输运技术在不同的衬底上制备ZnO薄膜,同时对这些ZnO薄膜的表面形貌、晶体结构和光学特性进行表征。在扫描电子显微镜图像上可以看到,相比没有镀金的Si衬底,ZnO纳米颗粒在镀金的Si衬底上的生长尺寸较大。X射线衍射测试结果表明,在Si(111)和Si(100)衬底上生长的ZnO薄膜显示出不同的六角纤锌矿结构的衍射峰,但没有出现立方闪锌矿ZnO结构的衍射峰。在镀金的Si衬底上,ZnO薄膜生长取向主要为c轴方向。此外,所有ZnO样品的光致发光谱上均只出现一个狭窄且强的紫外峰,约在389 nm(3.19 eV)波长处。     

硫化温度对ZnS薄膜生长质量的影响

采用热反应法对玻璃衬底上以磁控溅射制备的Zn薄膜进行硫化,制备出ZnS薄膜。薄膜的微观结构、物相结构和表面形貌分别采用正电子湮没技术（PAT）、X射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）进行分析和表征。利用慢正电子湮没多普勒展宽对四个不同硫化温度下得到的ZnS薄膜样品中膜层结构缺陷进行研究,测量了薄膜中的空位型微观缺陷的相对浓度,指出445℃硫化样品中正电子注入能量在1.5~4.5 keV后S参数最小,说明该硫化温度下反应生成的ZnS薄膜结构缺陷浓度最小,膜的致密度最高。XRD结果显示薄膜在445℃以上硫化后,呈（111）择优生长趋势。从扫描电镜的结果也可以看出,在445℃硫化后,薄膜的晶粒明显地变得更大、更致密,这是因为ZnS晶胞比Zn晶胞大以及硫化过程中ZnS固相再结晶的缘故。ZnS thin films have been prepared by sulfurizing zinc thin films deposited on glass substrate by magnetron sputtering for two hours. The microstructure defects, crystallizations and surface morphology of zinc films sulfurized at different temperature were analyzed by PAT (positron annihilation technique), XRD(X-ray diffraction) and SEM (Scanning electron microscopy), respectively. For analyzing the structure defect of four samples with different sulfurization temperature, PAT has been used to obtain the relative concentration of defects. With the positron energy range of 1.5~4.5 keV, the S parameter of ZnS films is minimum. It demonstrates that ZnS films produced at 445℃ have the minimum structural defect concentration and the highest density. XRD results show that films are blende structure with the preference of (111) orientation above 445℃. And from the result of SEM, because of ZnS films recrystallization, the crystal grains obviously become large and dense at 445℃.     

退火温度对旋涂法制备SnO_2薄膜性能的影响

采用旋涂法在玻璃基底上制备SnO_2薄膜,通过原子力显微镜(AFM)、X射线反射(XRR)、傅氏转换红外线光谱仪(FT-IR)、X射线衍射(XRD)、紫外-可见分光光度计、四探针、开尔文探针系统对薄膜的表面形貌、结构及光学特性、电学特性进行分析,探讨了退火温度对薄膜质量的影响及作用机制。研究发现:随着退火温度升高,薄膜厚度和有机成分杂质减小,薄膜密度递增,但薄膜表面粗糙度有所上升;当退火温度升高至500℃时,薄膜结构由非晶转变为结晶,其主要晶面为氧化锡的(110)、(101)和(211)晶面。旋涂法制备的氧化锡薄膜在可见光区域的平均透光率在90%以上,随着退火温度上升,薄膜在400～800 nm波段的透光率先减小后增大,薄膜的带隙宽度分别为3. 840 eV(沉积态薄膜)、3. 792 eV(100℃)、3. 690 eV(300℃)和3. 768eV(500℃);薄膜的电导率也随着退火温度升高而增加,在500℃时电导率高达916 S/m;薄膜的功函数先增大后减小,分别为(4. 61±0. 005) eV(沉积态薄膜)、(4. 64±0. 005) eV(100℃)、(4. 82±0. 025) eV(300℃)、(4. 78±0. 065) eV(500℃)。     

Investigation of structural,optical and electrical properties of ZnS thin films prepared by nebulized spray pyrolysis for solar cell applications

Zinc sulfide (ZnS) thin films have been deposited on microscopic glass and fluorine doped tin oxide substrates by nebulized spray pyrolysis technique with different substrate temperature and molar concentration. The structural, morphological, optical and electrical properties of the prepared ZnS thin films have been studied using X-ray diffraction (XRD), field emission scanning electronic microscopy (FESEM), UV–Vis spectrophotometer and Hall effect measurement. XRD patterns confirm that the prepared films are hexagonal wurtzite structure, with (100) as preferred orientation. The structural parameters such as crystallite size, dislocation density and microstrain have been calculated from XRD study. Hydrophilic and hydrophobic nature is revealed by contact angle measurements. FESEM image of the ZnS thin films show smooth and uniform spherical grains are uniformly arranged on the films surface. Optical transmittance spectrum illustrate that the ZnS films were high transparent in the visible region and gets absorbed in the UV region. The optical band gap value of the ZnS thin films decreased with the increasing substrate temperature. The average transmittance is found to be 82% and direct band gap value is 3.56 eV at 400 °C for set D. The Activation energy of the prepared ZnS films was determined from the graph between ln (ρ) versus temperature (K^?1) using a four-probe method.     

Effect of substrate temperature on the morphological,structural,and optical properties of RF sputtered Ge_(1-x)Sn_x films on Si substrate

In this study, Ge_(1-x)Sn_x alloy films are co-sputtered on Si(100) substrates using RF magnetron sputtering at different substrate temperatures. Scanning electron micrographs, atomic force microscopy(AFM), Raman spectroscopy, and x-ray photoemission spectroscopy(XPS) are conducted to investigate the effect of substrate temperature on the structural and optical properties of grown Ge Sn alloy films. AFM results show that RMS surface roughness of the films increases from 1.02 to 2.30 nm when raising the substrate temperature. This increase could be due to Sn surface segregation that occurs when raising the substrate temperature. Raman spectra exhibits the lowest FWHM value and highest phonon intensity for a film sputtered at 140?C. The spectra show that decreasing the deposition temperature to 140?C improves the crystalline quality of the alloy films and increases nanocrystalline phase formation. The results of Raman spectra and XPS confirm Ge–Sn bond formation. The optoelectronic characteristics of fabricated metal-semiconductor-metal photodetectors on sputtered samples at room temperature(RT) and 140?C are studied in the dark and under illumination. The sample sputtered at 140?C performs better than the RT sputtered sample.     

Effect of annealing temperature on microstructure of chemically deposited calcium modified lead titanate thin films

Thin ferroelectric films of calcium modified lead titanate Pb_1−xCa_xTiO₃(PCT) have been prepared by chemical deposition process. The as deposited amorphous films were thermally treated for crystallization and formation of perovskite structure. Characterization of these films by X-ray diffraction (XRD) have been carried out for various amounts of calcium (Ca)-doping (0.20, 0.24, and 0.28) on indium tin oxide (ITO) coated corning glass substrates. For a better understanding of the crystallization mechanism, the investigations were carried out at various annealing temperatures (450, 550, and 650 °C). Characterization of these films by XRD shows that the films exhibit tetragonal phase with perovskite structure. Atomic force microscope images (AFM) are characterized by slight surface roughness with a uniform crack-free, densely-packed structure. Also, Fourier transform infrared spectra (FT-IR) of the as deposited film and annealed thin films (x=0.24) at 650 °C on silicon (Si) substrates were taken to get more information about the film formation. Dielectric studies of the films were carried out and reported.     

磁控溅射制备的AlN薄膜的结构、组分及性能分析

采用DC磁控溅射法,分别在p-Si(111)和玻璃基片上沉积AlN薄膜。利用X射线衍射(XRD)、X射线能谱仪(EDS)、原子力显微镜(AFM)、台阶仪\紫外/可见分光光度计和傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)分析了薄膜的结构组分、表面形貌、膜厚、光学性能和红外吸收特性。结果表明:溅射电流对AlN薄膜的生成有很大的影响,当电流增加到0.40A时,薄膜中出现明显的h-AlN(100)和AlN(110)衍射峰;样品的最大高度都小于30nm;样品在250-1000nm波长范围内具有较高的透射率,当溅射电流为0.4A时,薄膜的禁带宽度约为5.94eV;在677.12cm-1处出现强烈的吸收峰。