氩氧比对磁控溅射ZnO薄膜的压电响应与极化特性的影响

保持总的工作气压不变,在不同氩氧比条件下,采用射频磁控溅射法在铝电极层上制备了ZnO薄膜.用X射线衍射(XRD)、原子力显微镜(AFM)和压电响应力显微镜(PFM)分析了ZnO薄膜的择优取向、表面形貌和压电响应,并通过垂直PFM(VPFM)和水平PFM(LPFM)相位图研究了ZnO晶粒的极化特性.结果表明,氩氧比对ZnO薄膜的晶体结构和压电特性有显著影响,其中在氩氧比1∶1的条件下制备的ZnO薄膜具有最大的VPFM振幅和最佳的极化取向一致性.     

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.     

氩氧流量对ZAO薄膜微结构及其光学性能影响

运用射频磁控溅射技术,改变氩氧流量比在玻璃衬底上生长ZnO∶ Al(ZAO)样品,采用XRD、紫外-可见分光光度计对薄膜微结构、厚度及其光学性能表征,结果发现:维持氩流量不变(9 sccm),随着氧流量增加(1～9 sccm),样品XRD峰强减小,半高宽增大,晶粒尺寸减小,薄膜结晶性能变差;而维持氧流量不变(9 sccm),氩流量减小(9～3 sccm),样品XRD峰强增大,半高宽减小,晶粒尺寸变大,结晶性能变好.紫外可见光光谱在400 ～ 900nm波长区间平均透射率差异大(67.9; ～91.1;);在420 ～ 900 nm波长区间平均透光率高且差异小(90.2; ～92.4;).     

H2流量对直流磁控溅射制备a-Si∶H薄膜微观结构及光学性能的影响

采用直流磁控溅射法在不同H2流量的条件下制备了a-Si∶H薄膜,研究了H2流量对薄膜微观结构以及光学性能的影响.结果表明:随H2流量的增加,a-Si∶H薄膜的沉积速率有所下降,但其原子排列的有序度上升,并出现了细小的纳米晶粒,使得薄膜的无序结构得到了一定改善.同时,薄膜的光学性能也表现出明显变化,其中透过率持续上升,而光学带隙则呈现出先增大后减小的趋势.最终得到制备a-Si∶H薄膜的最优H2流量为15 sccm.     

衬底温度对磁控共溅射制备的Zn(O,S)薄膜结构和光电性能的影响

采用磁控共溅射沉积法,以氧化锌和硫化锌为靶材,在不同衬底温度下制备了Zn(O,S)薄膜.采用X射线衍射仪、原子力显微镜、紫外-可见-近红外分光光度计、霍尔测试仪和拉曼光谱测试仪对Zn(O,S)薄膜进行了结构和光电特性研究.结果表明:Zn(O,S)薄膜具有六方纤锌矿结构,属于二模混晶;在可见-近红外波段的吸收率小于5;;其为N型半导体,电学特性随衬底温度的变化而变化;衬底温度为200℃时制备的厚度为167 nm的Zn(O,S)薄膜的载流子浓度达到8.82×1019 cm-3,迁移率为19.3 cm2/V·s,表面呈金字塔结构.     

立方Y_2O_3薄膜结构、力学及光学性能的研究

采用射频磁控溅射法在本征(100)Si片上和CVD金刚石膜上制备了立方(222)择优取向的Y2O3薄膜,应用AFM观察薄膜的三维形貌表明薄膜表面晶粒致密,缺陷较少,表面粗糙度为8.7 nm;TEM表征薄膜微观结构,表明薄膜为柱状晶结构,柱状晶宽度10~20 nm,而且晶界明显,部分较大晶粒中存在些许位错缺陷;纳米力学探针和划痕仪表征薄膜的力学性能,表明薄膜硬度为20.73 GPa,弹性模量为227.5 GPa,可作为金刚石膜的抗氧化保护膜,并且与金刚石膜的结合较好,结合力约为5 N;FTIR对薄膜的光学性能进行分析,表明双面立方Y2O3薄膜对金刚石膜的最大增透为23%,基本符合Y2O3的理论增透效果。     

Ar气流量对磁控溅射制备微晶硅薄膜微观结构及光/电学性能的影响

采用射频磁控溅射法在不同Ar气流量条件下制备了多组微晶硅薄膜,研究了Ar气流量对薄膜微观结构及光/电学性能的影响.结果表明:当Ar气流量的较小时,微晶硅薄膜的沉积速率较高,薄膜的晶化率、晶粒尺寸以及粗糙度处于较好的生长态势.同时,薄膜的光学性能发生明显变化,对于长波长范围内薄膜的光学透过率随Ar气流量的增大逐渐下降.薄膜的电学性能表现为随Ar气流量的增大,少子寿命呈现出先增大后大幅降低的变化趋势.     

氮流量对ZnO∶N薄膜微结构及光学性能影响

运用射频磁控溅射技术,改变氩、氮流量比(9/1 ～ 9/4)在玻璃衬底上获得ZnO∶N样品,采用XRD、紫外-可见分光光度计、傅里叶红外光谱仪及SEM对薄膜微结构和光学性能表征.结果发现∶N流量小,样品XRD峰强小,峰位不明显,紫外可见光光谱在320 ～780 nm波长区间透射率变化小;随着N流量的增加,样品XRD有(002)强单峰出现,在400 nm波长以下透射率急剧下降;当氩氮流量达到9/4,样品XRD出现双峰,紫外光透射率无明显变化.     

直流磁控溅射工艺对ZnO薄膜结构影响的研究

ZnO是一种新型的Ⅱ-Ⅵ族直接带隙化合物材料,是一种很有潜力的短波长光电器件材料.当ZnO薄膜具有良好的c轴取向和晶格结构时,可得到优良的光电性能比如紫外光受激发射.本实验用XRD和SEM研究了工艺条件如基片温度、氩氧比及退火工艺对ZnO薄膜结构特性的影响.结果表明在基片温度250℃、氩氧比为1∶4的条件下,可得到结晶质量良好的ZnO薄膜;通过退火可以使薄膜应力得到驰豫,降低缺陷浓度,改善薄膜的结构特性.本实验采用直流磁控溅射的方法,最终在(100)硅衬底基片上制备出了高c轴取向、晶粒尺寸约70nm的ZnO薄膜.     

甲烷流量对类富勒烯碳基薄膜结构与摩擦学性能的影响

以甲烷为前驱体,采用等离子体增强化学气相沉积( PECVD)技术沉积类富勒烯碳基( FL-C∶H)薄膜于单晶硅基底材料表面。利用高分辨透射电镜( HRTEM)和拉曼光谱仪( Ramman)对薄膜的结构形貌进行表征;通过原位纳米力学测试系统和摩擦磨损试验机分析比较薄膜在不同甲烷流量的情况下的力学特征及摩擦学特性。实验结果表明：所制备的碳基薄膜具有类富勒烯纳米结构特征,甲烷流量对类富勒烯碳基薄膜( FL-C∶H)的结构和性能具有较大的影响;薄膜的弹性模量、硬度以及薄膜中的类富勒烯结构随着甲烷流量的增加而减小,但是摩擦系数对甲烷流量的变化不敏感。     

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。     

O2/(O2+Ar)流量比对ZnO-0.25mol; V2O5薄膜缺陷类型的影响

利用射频磁控溅射技术在玻璃衬底上沉积ZnO-0.25mol; V2O5(ZnO∶V)薄膜,研究了O2/(O2+Ar)流量比(0;~87.5;)对ZnO∶V薄膜中缺陷的影响.研究结果表明:沉积的ZnO∶V薄膜为具有c轴取向的纤锌矿结构,V以五价和四价形式共存其中.ZnO∶V薄膜中的缺陷态为氧空位(VO)和间隙锌(Zni)杂化形成的复合体,两者比例随O2/(O2+Ar)流量比而变化.     

Al2O3膜层制备参数对SiO2/Al2O3/PET复合膜透湿性能的影响

采用磁控溅射工艺在PET衬底上依次沉积了Al2 O3和SiO2薄膜,制备出SiO2/Al2 O3/PET复合膜.利用扫描电镜和透湿仪对复合膜的表面形貌和透湿性能进行表征.研究了制备Al2 O3膜层的射频功率、氩气流量、本底真空度和溅射时间4个参数对复合膜透湿率的影响.结果表明:复合膜的透湿率随着本底真空度的升高而减小,随着射频功率、氩气流量和溅射时间的增加均呈现先减小后增大的变化趋势;4个制备参数对复合膜透湿率的影响程度由大到小依次是本底真空度、氩气流量、射频功率、溅射时间;4个制备参数的较优组合为本地真空度0.5×10-3 Pa,射频功率300 W,溅射时间6 min,氩气流量70 mL·min-1.     

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。     

硫化温度-时间曲线对铜锌锡硫薄膜性能的影响

采用溅射法制备含硫预制层,硫化时采用不同的升温速率对经过合金处理的含硫预制层进行退火硫化.通过表征薄膜的表面粗糙度,致密性,均匀性来研究硫化时升温速率对薄膜表面形貌的影响.结果表明当升温速率变慢时,薄膜中的CZTS颗粒逐渐增大,虽然较大的颗粒能减少单位面积内的晶界,但是薄膜的表面粗糙度却随颗粒尺寸的增大而逐渐下降.通过对薄膜的元素组分、晶体结构、相成分进行了检测,确定出薄膜的成分为贫铜富锌的单相锌黄锡矿.再通过测量相应的没有Mo层的CZTS薄膜样品的光电特性来间接的反映拥有Mo层的CZTS薄膜的光电特性.最终制备出结构为SLG/Mo/CZTS/CdS/i-ZnO/AZO/Ni/Al-grid的CZTS薄膜太阳电池,其中转换效率最高的电池为3.60;.     

原子层沉积与磁控溅射法制备TiO2薄膜性能对比研究

分别采用原子层沉积(ALD)和磁控溅射法(MS)在Si和石英衬底上制备TiO2薄膜,并进行退火处理.利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)和紫外分光光度计对这两种方法制备薄膜的晶型结构、表面形貌和光学特性进行分析对比.结果显示,对于沉积态TiO2薄膜,ALD-TiO2和MS-TiO2未能检测到TiO2衍射峰.ALD-TiO2为颗粒膜,其表面粗糙,颗粒尺寸大;MS-TiO2薄膜表面平整.经退火后,两种方法制备的TiO2薄膜能检测到锐钛矿A(101)衍射峰,但结晶质量不高.受薄膜表面形貌和晶型结构等因素影响,退火前后ALD-TiO2透过率与MS-TiO2透过率变化不一致.对于沉积态和退火态薄膜的禁带宽度,ALD-TiO2分别为3.8eV和3.7 eV,吸收边带发生红移,MS-TiO2分别为3.74 eV和3.84 eV,吸收边带发生蓝移.     

不同硫化温度对Cu2ZnSnS4薄膜质量及太阳能电池性能的影响

采用ZnS-Sn-CuS作为靶材,利用磁控溅射技术制备了Cu2ZnSnS4 (CZST)薄膜材料及太阳电池,重点研究了不同硫化温度对CZTS薄膜质量及太阳电池性能的影响.利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、显微拉曼光谱仪(Raman)和紫外可见分光光度计(UV-Vis)分别表征了不同硫化温度下制备的CZTS薄膜的晶相结构、表面形貌、化学组分、相的纯度和光学性能.结果表明:在580℃下所制备的CZTS薄膜光滑致密、结晶质量好,同时化学组分属于贫铜富锌,而且无其他二次相,禁带宽度约为1.5 eV.符合高效率太阳电池吸收层的要求.将CZTS吸收层按照SLG/Mo/CZTS/CdS/i-ZnO/ITO/ Al的结构制备成面积为0.12 cm2的电池并进行Ⅰ-Ⅴ测试.测试结果表明,在580℃硫化后制备的CZTS薄膜太阳电池具有最高的转换效率为3.59;.     

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.     

衬底温度对含硅量子点的SiCx薄膜结构及其光学特性的影响

采用磁控共溅射沉积法,以Si靶和SiC靶为靶材,单晶Si(100)和石英为衬底,在不同衬底温度下沉积了富硅SiCx薄膜.在氮气氛下于1100 ℃退火,得到包含硅量子点的SiCx薄膜.采用傅立叶变换红外吸收光谱、拉曼光谱、掠入射X射线衍射和吸收谱对退火后的SiCx薄膜进行了表征.结果表明:当衬底温度从室温(25℃)升至300℃时,薄膜的晶化率增至71.3;,硅量子点尺寸增至8.9 nm,而光学带隙则减至2.42 eV;随着衬底温度进一步升高,薄膜的晶化率降至63.1;,硅量子点尺寸减小至7.3 nm,而光学带隙却增加至2.57 eV;当衬底温度从室温(25℃)升至400℃时,薄膜的吸收系数呈先增大后减小趋势.在本实验条件下,最佳衬底温度为300℃.     

退火温度对Zn0.93Fe0.07O薄膜微结构和铁磁性能的影响

用射频磁控溅射方法在硅片上制备了Zn0.93Fe0.07O薄膜,并在空气中用不同温度进行热处理,利用X射线衍射仪和扫描电子显微镜对其微结构、表面和断面形貌进行测试.结果表明,薄膜沿c轴方向择优生长,呈六角纤锌矿结构,空气中450℃退火的样品XRD谱中出现最强的(002)衍射峰,晶粒尺寸变大,薄膜结晶和取向明显变好.用振动样品强磁计对样品铁磁特性进行测试,发现当退火温度的升高时,饱和磁化强度有所增加,并经分析认为这可能是薄膜中晶粒间的晶界缺陷引起的.