氧分压对铟镓锌氧化物薄膜晶体管性能的影响

室温下,利用射频磁控溅射技术在p型<100>硅衬底上,不同氧分压下制备了铟镓锌氧化物薄膜晶体管(IGZO TFT).结果表明,不同氧分压的IGZO薄膜呈非晶态;随着氧分压的增大其光学带隙先增大后减小;IGZOTFT场效应迁移率先增大后减小,器件由耗尽型转变为增强型.当氧分压为7.47;时,IGZO TFT电学性能最好,场效应迁移率为4.44 cm2/(V·s),亚阈值摆幅的值是2.1 V/decade,电流开关比大于105.     

射频磁控溅射法制备Cu3N薄膜及其性能研究

采用反应射频磁控溅射法,在氮气和氩气的混合气体氛围中,玻璃基底上制备出了具有半导体特性的氮化铜(Cu3N)薄膜,并研究了混合气体中氮气分量对Cu3N薄膜的择优生长取向、平均晶粒尺寸、电阻率和光学带隙的影响.原子力显微镜,X射线衍射仪,四探针电阻仪,紫外可见光谱分析及纳米压痕仪等测试结果表明:薄膜由紧密排列的柱状晶粒构成,表面光滑致密;随着氮气分量的增加,Cu3N薄膜由沿(111)晶面择优生长转变为沿(100)晶面择优生长,晶粒尺寸变小,电阻率ρ从1.51×102Ω·cm逐渐增加到1.129×103Ω·cm;薄膜的光学带隙在1.34～1.75eV间变化;薄膜的硬度约为6.0GPa,残余模量约为108.3GPa.     

热蒸发制备CdSe薄膜及其光电特性研究

采用真空热蒸发法技术制备CdSe薄膜,通过XRD、SEM、Hall效应和分光光度计测试了薄膜的结构、表面形貌、I-V特性和光学透过率。结果表明:CdSe薄膜(100)晶面的面间距为0.369 nm,晶粒大小约为10.2 nm,薄膜表面晶粒分布较为均匀;CdSe薄膜与锡和银的肖特基势垒高度分别为0.76 V和0.69 V;CdSe薄膜的光透过率在远红外区较高,且呈上升趋势;折射率随波长增加按指数规律减小;根据Tauc关系和Urbach规则,获得能量带隙为1.79 eV和Urbach能量为0.217 eV。     

真空退火温度对射频磁控溅射制备非晶In-Ga-Zn-O薄膜性能影响的研究

采用射频磁控溅射技术在室温下玻璃衬底上制备了铟镓锌氧(In-Ga-Zn-O)透明导电薄膜,并对该薄膜进行了真空退火.研究了不同退火温度对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300℃至500℃退火温度范围内,In-Ga-Zn-O薄膜为非晶结构.随着退火温度的增加,薄膜的电阻率先减小后增大.透射光谱显示退火后In-Ga-Zn-O薄膜在500～ 800 nm可见光区平均透过率超过80;,且在350 nm附近表现出较强的紫外吸收特性.经过退火的薄膜光学禁带宽度随着退火温度的增加先增大后减小,350 ℃最大达到3.91 eV.     

MOVPE生长GaN薄膜的表面吸附和扩散研究

利用量子化学计算方法,对MOVPE生长GaN薄膜的表面反应进行研究.特别针对反应前体GaCH3(简称MMG)在理想、H覆盖和NH2覆盖GaN(0001)面的吸附和扩散进行计算分析.通过建立3×3 超晶胞模型,优化计算了MMG在三种不同覆盖表面的稳定吸附位、吸附能和电子布居,搜寻了MMG在稳定吸附位之间的扩散能垒.计算结果表明:对于三种表面,MMG的稳定吸附位均为T4位和H3位,H3位比T4位略微稳定.MMG在NH2覆盖表面吸附能最大,在H覆盖表面吸附能最小,在理想表面吸附能居中.MMG中的Ga与不同的表面原子形成的化学键的键强的大小顺序为:Ga-N>Ga-Ga>Ga-H.相比于理想表面和H覆盖表面,MMG在NH2覆盖表面的扩散能垒最大,因此表面过量的NH2会抑制MMG的扩散.     

CdTe(110)表面原子与电子结构的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理计算了CdTe(110)表面的原子和电子性质.结果表明,CdTe(110)理想表面在禁带中出现两个明显的表面态,弛豫后表层Cd原子和Te原子p态电子发生转移,Cd原子趋向于sp2平面杂化构型,Te原子趋向p3杂化的锥形构型.经过表面弛豫大大降低了表面能,增大了表面功函数,表面占据态和表面空态分别被推进价带顶之下和导带底之上,导致弛豫表面没有明显的表面态.     

MOVPE生长m面GaN薄膜的表面吸附研究

采用基于密度泛函理论的Materials Studio中的CASTEP模块,对金属有机物气相外延MOVPE生长m面GaN薄膜的表面反应前体的吸附过程进行研究.针对吸附粒子GaCH3和NH3在m面GaN表面不同的初始吸附位,优化计算了GaCH3和NH3在表面的吸附能、与近邻原子的距离、态密度、电荷密度分布、电子布居.计算结果表明,GaCH3在表面Ga brg2位优化之后的位置最稳定,吸附能最低,GaCH3中的Ga原子与表面邻近的N原子、Ga原子分别形成Ga-N、Ga-Ga共价键.NH3在表面N brg2位最稳定,吸附能最低,NH3中的N原子与表面邻近的Ga原子形成N-Ga共价键.通过对比在最佳吸附位的MMG中的Ga原子和NH3中的N原子与表面原子的电荷分布情况和布居数,证明上述吸附粒子与表面确实存在共价作用,形成共价键.     

CdS纳米晶颗粒薄膜的制备及其光学特性研究

采用化学浴沉积法,以CdCl2·H2O、CS(NH2)2、NH4Cl、NH3·H2O和去离子水作为反应前驱物,在不同的氨水浓度下制备CdS纳米晶颗粒薄膜.通过扫描电镜、X射线衍射、X射线能量色散谱、紫外-可见光透射光谱、椭圆偏振光谱等方法,研究了反应前驱物中氨水浓度对CdS纳米晶颗粒薄膜的表面形貌、晶体结构、S/Cd原子比、光透过率、光学带隙、折射率、消光系数和光学吸收边等物理性能的影响.结果表明:反应前驱物中氨水浓度在0.4～1.0mol/L范围内,可以在衬底上形成均匀致密的CdS纳米晶颗粒薄膜.随着氨水浓度的增加,CdS纳米晶的平均晶粒尺寸逐渐减少,S/Cd原子比逐渐增加,由富Cd型转变为富S型,禁带宽度逐渐增加.在500～1000 nm波段内,折射率的平均值为1.75;消光系数k小于0.07.     

磁控溅射技术室温生长氢化ZnO∶Ga薄膜及其特性研究

采用直流脉冲磁控溅射方法,在室温下生长氢化Ga掺杂ZnO薄膜(GZO/H),并通过湿法后腐蚀技术获得绒面结构.研究了室温下H2流量对薄膜结构、光电性能及表面形貌的影响.实验表明,氢化GZO(GZO/H)薄膜具有良好的(002)晶面择优取向生长,引入适当流量的H2可以有效提高薄膜的电学特性,GZO/H薄膜具有更低的电阻率以及较高的迁移率和载流子浓度.当通入H2流量为6 sccm时,薄膜电阻率为6.8 ×10-4 Ω·cm,Hall迁移率达34.2 cm2/Ⅴ·s,制备的GZO/H薄膜可见光区域平均透过率优于85;.此外,研究了H2流量对湿法腐蚀后绒面GZO/H薄膜表面形貌的影响,提出了一种薄膜绒面结构形成过程模型.     

电沉积制备CuInS2半导体薄膜及其光学性能研究

利用电化学循环伏安法研究了Cu2+、In3+及S2O23-在不同pH条件下的伏安特性,发现以柠檬酸为络合剂,pH=6时几种离子在-0.8 V电位下的电化学还原行为相近,在此基础上采用恒电位法在ITO导电玻璃基底上制备CIS薄膜太阳能电池用的吸收层材料CuInS2半导体薄膜。为提高膜层的结晶度,选取空气、Ar、及Ar+S三种气氛对沉积的膜层进行热处理,SEM、XRD及Raman光谱结果表明,经Ar气氛中硫化热处理才可以得到结晶度好且形貌均匀致密的薄膜。Cu2+/In3+比影响薄膜的结晶生长,结果表明,随着Cu/In比的增大,薄膜以典型的黄铜矿结构为主,当沉积电位为-0.8V且Cu2+/In3+=1.8时基底上得到的高质量CuInS2半导体薄膜的光学带隙是1.55 eV。     

溅射气压对镍铁氧化物催化薄膜在碱性溶液中析氧特性影响的研究

采用对靶直流磁控溅射设备制备镍铁氧化物催化薄膜,研究了溅射气压与催化薄膜的结构、表面形貌、过电位、电阻率及生长速率之间的关系.实验结果显示在溅射气压从0.5Pa到4.0Pa的范围内变化时,随溅射气压升高,材料晶化率降低,生长速率下降,过电位和电阻率都是先减小再增大;对用不同铁含量的镍铁合金靶制备的催化薄膜的极化特性比较发现,靶材中铁的含量越多过电位越小.     

溅射压强对低阻高透过率掺钛氧化锌透明导电薄膜的影响

利用直流磁控溅射法在室温水冷玻璃衬底上制备出了高质量的掺钛氧化锌透明导电薄膜(ZnO: Ti).研究了溅射压强对ZnO: Ti薄膜结构、形貌和光电性能的影响.研究结果表明,溅射压强对ZnO: Ti 薄膜的结构和电阻率有显著影响.X射线衍射(XRD)表明,ZnO: Ti 薄膜为六角纤锌矿结构的多晶薄膜,且具有c轴择优取向.在溅射压强为5.0 Pa时,实验获得的ZnO: Ti薄膜电阻率最小值为1.084 ×10~(-4) Ω· cm.实验制备的ZnO: Ti 薄膜具有良好的附着性能,可见光区平均透过率超过91;.ZnO: Ti薄膜可以用作薄膜太阳能电池和液晶显示器的透明电极.     

溅射气压对碳硅氧薄膜透过率及光学带隙的影响

采用射频磁控溅射技术在玻璃基底和单晶硅片(100)上制备了碳硅氧(SiOC)薄膜,通过扫描电镜、X射线衍射、拉曼光谱、X射线光电子能谱及紫外可见透射光谱等技术手段对其进行了分析,研究了在不同溅射气压下所制备薄膜的组分、透过率及光学带隙.结果表明:随着溅射气压的增大,薄膜内部sp3键含量、透过率及光学带隙均随之增大,sp3键及其形成的宽带隙σ键对薄膜光学带隙有着较大影响.在溅射气压为3.0 Pa的条件下,薄膜光学带隙为2.67 eV.     

氧分压对HfOxNy薄膜结构和力学性能的影响

采用射频磁控反应溅射法在不同氧分压条件下制备了氮氧化铪薄膜,薄膜沉积过程在氧气、氮气和氩气的混合气氛中进行,所用衬底为多光谱硫化锌材料.用X射线衍射、扫描电子显微镜、纳米硬度计等分别研究了不同氧分压条件下HfOxNy薄膜的晶体结构、显微结构、力学性能等.结果表明:在氧分压为0.05～0.30范围内,HfOxNy薄膜都为多晶结构,但随着氧分压的降低,HfOxNy薄膜的沉积速率逐渐增大,薄膜的晶体结构由单斜氧化铪转变为氮氧化铪相;不同氧分压下沉积的HfOxNy薄膜都符合薄膜区域结构模型中典型的柱状结构且氧分压较低时薄膜表面粗糙度较大;不同氧分压条件下沉积的HfOxNy薄膜硬度和弹性模量都远大于衬底硫化锌的硬度和弹性模量,氧分压为0.15时最大硬度和弹性模量值分别为11.6 GPa和160 GPa.     

镓掺杂氧化锌透明导电薄膜的制备及其性能研究

采用射频磁控溅射方法在玻璃基片上制备了镓掺杂氧化锌(Ga∶ ZnO)透明导电薄膜,通过XRD、XPS、四探针仪和分光光度计等表征技术,研究了衬底温度对Ga∶ ZnO薄膜结构、组分、光学和电学性质的影响.结果表明:所有样品均为具有(002)择优取向的高质量透明导电薄膜,其晶体结构和光电性能与衬底温度密切相关.当衬底温度为673 K时,所制备的Ga∶ ZnO薄膜具有最大的晶粒尺寸(72.6 nm)、最低的电阻率(1.3×10-3Ω·cm)、较高的可见∶ZnO薄膜的光学能隙,结果显示随着衬底温度的升高,薄膜的光学能隙单调增加.     

射频磁控溅射法制备Zn1-xMgxO薄膜及其性能的研究

本文通过在ZnO靶材上放置高纯Mg片,运用射频磁控溅射法在普通玻璃衬底上制备了Zn1-xMgxO(x=0.1,0.16,0.18,0.24)薄膜.用X射线衍射仪、扫描电镜、紫外-可见-分光光度计等研究了Zn1-xMgxO薄膜的组织结构和性能.结果表明:Zn1-xMgxO薄膜呈ZnO的纤锌矿结构,在ZnO晶格中Mg2+有效地替代了Zn2+.样品表面比较平整,颗粒均匀致密,薄膜质量较高,且在可见光范围内光透过率均为90;左右,具有极好的透光性;此外,随着Mg掺入量的增多,Zn1-xMgxO薄膜的吸收边出现蓝移现象,实现了对禁带宽度的调节.     

沉积压强对Sc掺杂ZnO薄膜性能的影响

利用射频磁控溅射方法,采用Sc_2O_3掺杂(质量百分比2;)ZnO为靶材在石英玻璃上制备透明导电ZnO:Sc(SZO)薄膜.用X射线衍射仪、分光光度计及霍尔测试仪等对样品进行表征,分析了沉积压强从0.3 Pa到2.0 Pa的变化对SZO薄膜的微结构及光学特性的影响.XRD研究结果表明所有样品都是六角密堆积结构,而且溅射压强对SZO薄膜的微结构有着显著的影响.所有SZO薄膜的透过率在可见光区域均大于85;,近紫外区域由于吸收,透射率大大降低.     

反应磁控溅射氧化镍薄膜的自旋塞贝克效应

自旋塞贝克效应是由(亚)铁磁体中的温度梯度引起自旋塞贝克电压信号的现象,目前已成为热自旋电子学研究的热点领域之一。本文采用反应磁控溅射工艺在Si衬底上沉积NiO薄膜,分别研究了溅射功率、氧氩比例、溅射气压、衬底温度对NiO薄膜微观结构和表面形貌的影响,实验中反应磁控溅射最适工艺条件为溅射功率110 W、氧氩比例0.15(O₂ 15 mL/min; Ar 100 mL/min)、溅射气压0.3 Pa、衬底温度400 ℃。研究了Si/NiO/Pt结构中温度梯度(温差)、磁场角度、NiO厚度变化和Pt厚度变化对自旋塞贝克电压的影响。结果表明,自旋塞贝克电压与温差呈简单的线性关系,温差越大测得的自旋塞贝克电压越高;磁场角度与自旋塞贝克电压之间满足余弦函数关系式,即在0°和180°时所得自旋塞贝克电压最大,90°和270°时为零;反铁磁性绝缘层NiO的厚度越大,所测得的自旋塞贝克电压信号越强;顺磁金属层Pt的厚度越大,自旋塞贝克电压信号越弱。