FTO薄膜制备技术研究进展

本文首先对FTO薄膜的特性和应用进行简明陈述,之后对薄膜的制备方法,包括溶胶-凝胶法、磁控溅射法、化学气相沉积法和喷雾热解法等现有制备技术及研究进展进行了全面的综述,最后对FTO薄膜的制备技术改进及FTO理论设计研究前景进行了展望.     

溶胶-凝胶法制备纳米ZnO薄膜及其光催化性能

本文采用溶胶-凝胶法在石英玻璃基底上制备出性能优良的ZnO薄膜,并通过XRD和UV-VIS吸收光谱对薄膜的结构及光吸收特性进行表征,进一步研究了退火温度和氧气流量对ZnO薄膜光催化性能的影响.结果表明,本实验中ZnO薄膜光催化降解苯酚的最佳条件是:退火温度在300℃,氧气流量为20ml/min,催化效果显著.     

溶胶-凝胶法制备LaNiO3薄膜及其电学性能研究

采用溶胶-凝胶法在SiO2/Si衬底上制备了LaNiO3薄膜,并通过改变退火温度和薄膜厚度对其微结构和电学性能进行了表征测试.X射线衍射(XRD)和电阻率测试结果表明,随着退火温度和厚度的增加,LaNiO3薄膜的结晶质量明显提高,薄膜电阻率也逐渐下降.当退火温度为800℃时,厚度为630 nm的LaNiO3薄膜电阻率最小,达到了1.37 mQ·cm.此外,利用LaNiO3薄膜作为下电极制备的2; Nb-Pb(Zr06Ti0.4)O3薄膜呈良好的钙钛矿相结构,且经过1010铁电循环测试周期以后,2; Nb-Pb(Zr06Ti0.4)O3薄膜的铁电性能未出现明显下降,表明该LaNiO3薄膜是生长PNZT铁电薄膜的优良下电极材料.     

ITO薄膜的厚度对其光电性能的影响

氧化铟锡(indium-tin oxide, ITO)具有在可见光范围内高度透明的特性和优良的电学特性,通常当作透明电极,被广泛应用于太阳电池和发光元器件上.本研究中用电阻加热反应蒸发的方法制备ITO薄膜,测试了膜的厚度、电阻率、可见光透过率、载流子浓度和迁移率,讨论薄膜的厚度对薄膜光电性能的影响.实验中制备的ITO薄膜,透过率良好,电阻率可达6.37×10-4Ω·cm,载流子浓度和迁移率可分别达到1.91×1020cm-3和66.4cm2v-1s-1.将实验中制备的ITO作为nip太阳能电池透明电极,其短路电流为10.13mA/cm2,开路电压为0.79V,填充因子为0.648,效率可达到5.193;.     

在脉冲纳米锌晶种上水热合成ZnS薄膜及其光学性能研究

用水热法在脉冲电沉积纳米Zn晶种的衬底上,制备了ZnS薄膜.利用XRD、SEM、EDS对ZnS薄膜结构进行了表征,通过UV、PL研究了ZnS薄膜的光学性质.结果表明,Zn晶种的存在、形貌控制剂(5-磺基水杨酸)的添加对ZnS薄膜显微形貌有重大影响.所制备出的ZnS薄膜为沿(106)晶面生长的六方纤锌矿结构,薄膜组成均匀而致密,光学禁带宽度变宽,发蓝紫光.     

Sn-Al共掺杂ZnO薄膜的制备及其光电性能

采用溶胶凝胶法在普通载玻片上制备了Sn-Al共掺杂ZnO薄膜(ZASO薄膜).利用XRD、扫描电子显微镜、霍尔测试仪、双电测四探针测试仪和紫外-可见分光光度计等设备,研究了Sn-Al掺杂浓度、预烧温度对氧化锌薄膜的晶体结构和光电性能的影响.结果表明:预烧温度为500℃,Sn、Al掺杂浓度分别为1.0at;时,得到的ZASO薄膜的综合光电性能最好,晶粒尺寸较大,方块电阻可达3.3 kΩ/□,光学透过率达92.9;.     

离子液体辅助溶胶-凝胶法制备ZnO:Al透明导电薄膜及其光电性能研究

采用溶胶-凝胶法,以离子液体为辅助溶剂,在玻璃衬底上制备了ZnO:Al(ZAO)薄膜.通过X-射线衍射(XRD)、场发射扫描电镜(FE-SEM)、紫外-可见分光光度计(UV-Vis)和霍尔效应等测试手段,分析了不同Al掺杂浓度ZAO薄膜的微观结构、光学和电学性能.结果表明,所制备的薄膜为非(002)取向的多晶膜.随着Al离子掺杂浓度的提高,薄膜的(002)晶面取向增强,晶粒逐渐由片状向球形转变,电阻率先降低后升高.进一步研究发现,在还原气氛NH3下退火可显著降低薄膜的电阻率,Al掺杂浓度为1 mol;时,薄膜电阻率达到4.7×10-2Ω·cm,可见光透过率平均在80;以上.     

溶胶-凝胶法制备ZnO薄膜及其微结构特性研究

采用溶胶-凝胶法(Sol-Gel)制备氧化锌(ZnO)薄膜,研究镀膜层数和退火温度对ZnO薄膜晶体结构、光谱性质及表面形貌的影响.X射线衍射谱测试表明,退火温度为600℃、镀膜层数为10层时制备样品的晶粒尺寸最大,结晶度最好.紫外-可见透过谱发现,样品退火后其透过率曲线变得陡直,光学带隙随退火温度升高而逐渐减小.光致发光谱测试显示,ZnO薄膜的发光谱包含388 nm和394 nm附近的两个主要发光峰,分别对应于本征发射和缺陷发射,其强度随退火温度升高呈现相反的变化.原子力显微照片则显示了随退火温度的升高制备样品表面晶粒的分布趋于均匀而致密.     

微波水热法制备ZnO纳米晶

采用微波水热(microwave hydrothermal,M-H)法在MDS-6型温压双控微波水热反应仪中成功地制备出平均晶粒尺寸为30 nm且呈现棒状形貌的ZnO纳米晶.并在一定的水热温度和反应时间下系统研究了微波水热反应过程中[Zn2+]离子浓度、反应釜填充比、反应物浓度比[Zn2+]/[OH]等工艺因素对ZnO纳米晶的晶粒尺寸及形貌的影响.采用X射线衍射仪(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)和透射电子显微镜(TEM)对所制备的ZnO纳米晶进行表征.结果表明:所制备ZnO的平均晶粒尺寸约为30 nm,ZnO纳米晶呈现棒状形貌.随着[Zn2+]离子浓度的增加,ZnO纳米晶的晶粒尺寸先减小后增大;随着反应釜填充比和反应物浓度比[Zn2+]/[OH]的增大,ZnO纳米晶的晶粒尺寸先减小后增大,并逐渐趋于稳定.制备ZnO纳米晶的最佳反应条件为:[Zn2+]=1.6 mol·L-1;反应釜填充比=70;;[Zn2+]/[OH]=1/2.     

光化学溶胶-凝胶制备PLZT铁电薄膜及其光电特性

为了降低PLZT铁电薄膜的结晶温度,使用溶胶-凝胶法配合紫外光辐照的光化学工艺,在单晶硅基板上低温制备了PLZT铁电薄膜.经过紫外辐照过的凝胶膜可以在400℃促使PLZT获得良好的铁电性能,剩余极化强度为12.3μC/cm2.紫外辐照过的薄膜可以在低温下有效地分解金属醇盐,形成活性金属氧化物,保证材料低温结晶.辐照过程中产生的臭氧可以带走薄膜中的残炭,使得薄膜具有良好的铁电性能.低温制备的PLZT铁电薄膜获得了稳定的光电流和较好的光电转化效率.     

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.     

脉冲退火法制备多晶硅薄膜的研究

用射频等离子体化学气相沉积(RF-PECVD)法在普通玻璃衬底上低温制备了μc-Si:H薄膜.采用快速光热退火炉(RTP),分别用低温(＜650℃)和中温(＜750℃)脉冲法(PRTP)对薄膜进行了退火处理.用拉曼光谱和扫描电子显微镜(SEM)研究了不同条件下退火薄膜散射谱的特征和表面形貌.结果显示,脉冲退火法晶化的薄膜,晶化率达到了53;,部分颗粒团簇的尺寸已达到200nm左右.用声子限域理论和表面尺寸效应对薄膜频谱的"红移"和"蓝移"现象进行了分析.     

水热法制备Sm2O3微晶薄膜

以氯化钐为起始原料,采用水热法在玻璃基板和Si(100)基板上制备了Sm2O3薄膜,研究了水热反应温度对薄膜晶相、显微结构和光学性能的影响.采用X射线衍射仪(XRD)、原子力显微镜(AFM)和紫外-可见自记式分光光度计等对薄膜的相组成、显微结构和光学性能进行了表征.结果表明:Sm2O3薄膜在玻璃基板和Si(100)基板上均表现出一定的定向生长的特征;Sm2O3薄膜对紫外线有强烈的吸收作用;随着反应温度从170℃ 升高到 185℃,薄膜的结晶性变好,对紫外和可见光的吸收性均增强;薄膜禁带宽度由2.88eV增加到2.95eV.     

溶胶电泳沉积法制备PZT压电厚膜及其性能研究

采用溶胶-凝胶方法制备Pb(Zr0.52Ti0.48)O3(PZT)纳米粉末,将此粉末按一定比例加入到同成分PZT溶胶中,采用溶胶-电泳沉积技术在ITO玻璃衬底上制备PZT厚膜.采用X射线衍射分析、SEM及HP4294A阻抗分析仪等对PZT膜进行了微观结构和介电性能测试,研究了电泳电压、热处理温度及电泳时间对PZT膜结构及膜厚的影响,结果表明,在1V电压下进行电泳,600℃热处理20min,可以得到表面均匀平整的纯钙钛矿结构PZT膜,以(110)择优取向,通过控制电泳时间可有效控制膜的厚度.获得了膜厚为30μm、介电常数达到ε33T/ε0=781、介电损耗为tanδ=0.0083、剩余极化与矫顽电场强度分别为24.6μC/cm2与61.9kV/cm铁电性能较好的PZT膜材料.     

P型微晶硅氧薄膜光电性能研究

本工作采用甚高频等离子体化学气相沉积(VHF-PECVD)技术制备了P型微晶硅氧窗口层薄膜,讨论了P型微晶硅氧的光电特性随硼烷掺杂率的变化.采用紫外-可见透射光谱,拉曼光谱,傅立叶变换红外吸收光谱(FTIR),暗电导测量对薄膜的光电特性进行了表征.结果表明,P型微晶硅氧材料均表现为微晶态,随着硼烷掺杂率增加,晶化程度逐步降低,暗电导率快速减小,光学带隙持续降低.该结果可归因于硼烷掺杂的增加抑制晶化使得非晶成分增多,有效掺杂率降低导致薄膜电导率下降,另一方面,对硅氧物相分离的阻碍作用导致薄膜带隙下降.硼烷掺杂率为0.4;样品的电导率高达0.158 S/cm且光学带隙为2.2 eV,兼具高透射性和良好电导率,可作为高效硅基太阳电池的窗口层.     

MOCVD法在蓝宝石衬底上生长GaN薄膜的性能研究

本文采用MOCVD法分别在a面和c面蓝宝石衬底上生长出7层InGaN/GaN多量子阱结构的GaN薄膜,采用X射线衍射(XRD)、拉曼光谱仪、吸收光谱等手段对样品进行表征.分析表明:a面蓝宝石衬底上生长的GaN薄膜(样品A)的FWHM为781.2 arcsec,c面蓝宝石衬底上生长的GaN薄膜(样品B)的FWHM为979.2 arcsec.样品A和样品B中存在的压应力分别为0.8523 GPa和1.2714 GPa,薄膜的能带宽度(理论值为3.4 eV)分别为3.38 eV和3.37 eV.以上数据表明a面蓝宝石衬底上生长出来GaN薄膜的结晶质量较好,光学性能更优异.     

沉积压力对磁控溅射纳米硅薄膜结构和性能影响

采用射频(RF)磁控溅射方法在玻璃衬底上制备了氢化纳米硅薄膜,研究了沉积压力(4～9 Pa)对薄膜结构和性能的影响.利用XRD、SEM、紫外-可见光分光光度计、傅立叶红外吸收光谱仪(FT-IR)及四探针电阻测试仪等对薄膜结构和性能进行了表征.结果表明:随着沉积压力的提高,薄膜结晶程度逐渐变差,晶粒尺寸降低;薄膜光学带隙在2.04～2.3 eV之间,且随着沉积压力的提高而增加;薄膜具有SiH、SiO、SiH2和SiH3振动吸收峰, 随着沉积压力的增加,SiH、SiH2振动吸收峰向高波数移动,薄膜方块电阻在132～96 Ω/□,且随着沉积压力的升高而降低.