碳化硅薄膜的光学特性研究

采用螺旋波等离子体增强化学气相沉积(HW-PECVD)技术制备了纳米晶碳化硅(nc-SiC)薄膜,利用傅立叶红外吸收谱(FTIR)、X射线衍射谱(XRD)、紫外-可见透射光谱(UV-Vis)和光致发光谱(PL)对薄膜的结构、光学带隙、发光特性等进行了测量和分析.结果表明,所沉积薄膜主要以Si-C键合结构存在,薄膜中包含有立方结构的3C-SiC晶粒,光学带隙2.59 eV,室温下薄膜表现出强的可见蓝色光致发光,发光峰位随氙灯激发波长的增加呈现红移现象,并将此发光归因于量子限制效应作用的结果.     

非晶掺氧氮化硅薄膜中N-Si-O发光缺陷态的研究

在室温下利用等离子体增强化学气相淀积(PECVD)方法制备出非晶掺氧氮化硅(a-SiN_x∶O)薄膜.通过改变硅烷(SiH_4)和氨气(NH_3)流量比R,可实现薄膜光致发光(PL)峰位在2.06~2.79eV可见光能量范围内的波长调制.光吸收谱中光吸收峰位与PL峰位重叠,表明薄膜发光来源于光吸收边以下0.65eV左右处的缺陷态.通过对傅里叶变换红外光谱(FTIR)的键浓度分析和X射线光电子能谱(XPS)Si 2p峰的分峰拟合,发现薄膜PL强度的增强与N-Si-O键合浓度的升高紧密相关.R=1∶4时,PL强度与N-Si-O键合浓度同时达到最大.进一步证明了a-SiN_x∶O薄膜中的发光缺陷态与N-Si-O键合结构密切相关.此外,PL峰位随流量比R的增大而发生红移的现象可能源自于N-Si-O组态转变造成的缺陷态密度最大位置处的能级偏移和光学带隙变窄引起的价带顶上移.     

快速热退火增强非晶SiC_xO_y薄膜蓝绿光发射特性研究

采用甚高频等离子增强化学气相沉积技术,以SiH_4,CH_4和O_2作为反应气源,在150℃下制备非晶碳氧化硅薄膜,并对薄膜进行不同条件下快速热退火处理,研究快速热退火处理对其结构和发光特性的影响.实验表明,原始沉积薄膜在可见光全波段展现较强的光致发光特性,经过快速热退火处理后,其发光强度显著增强.薄膜在700℃经过快速热退火10s后,相比于原始沉积薄膜,其发光强度增强6倍,肉眼可见强的蓝绿光光发射.光荧光谱(PL)分析表明,薄膜的发光峰位不随激发波长的改变而发生明显变化.通过结合拉曼(Raman)光谱及傅里叶红外吸收(FTIR)光谱对薄膜的微结构及键合结构分析,分析了不同退火温度和退火时间对其蓝绿光发射增强机制的影响.     

氮化硅的光致发光

采用PECVD技术在单晶硅(100)硅片表面沉积非晶氮化硅薄膜(a-SiN.),通过改变压强,调节氮气流量制备样品,再对沉积态样品进行真空传统退火和氮气氛围快速热退火(RTP)处理.研究认为,所制备的α-SiNx薄膜(N2与SiH4流量比＞20:1)的发光机制以能隙态模型发光机制为主.反应气体流量比不变,提高总的反应气压样品的发光主峰峰位发生了蓝移,真空高温长时间退火会减弱其光致发光效应,快速短时退火有利于其发光峰的增强.     

沉积温度对PECVD 法制备SiNx 薄膜光致发光峰的影响

SiNx薄膜已经被广泛地应用于晶体硅太阳能电池表面作为减反和钝化膜,所以对SiNx薄膜的光学性质研究很有必要。本文采用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)技术,在p型单晶硅(111)衬底上成功地制备了不同温度条件下的SiNx薄膜。室温下,在352 nm光源激发下,每个样品有2个发光位置,所有样品总共观测到了4处不同的发光峰位:390、471、545、570 nm,并且发现温度对390 nm处的发光峰位置无影响。由于杂质的引入在带间形成了局域化的缺陷能级,缺陷态能级和导带以及价带之间的跃迁是其主要的跃迁机制。因此,可以通过控制薄膜的生长条件来控制各个缺陷态密度,从而可以实现氮化硅薄膜在可见光范围内的可控发光。     

不同电解液中制备的多孔阳极氧化铝薄膜光致发光特性比较研究

采用电化学方法分别在硫酸、草酸、磷酸电解液中制备了多孔阳极氧化铝(AAO)薄膜.对其光致发光特性进行研究发现,硫酸和草酸电解液中制备的AAO薄膜在350~600 nm范围内出现了较强的光致发光带,前者的发光峰位为420 nm,后者除了420 nm的发光峰外,还在470 nm处有一个明显的峰肩,且后者的发光强度随氧化电压的增加而逐渐增强.磷酸电解液中制备的AAO薄膜在350~600 nm范围内没有出现明显的光致发光带.对其发光机理分析认为,硫酸电解液中制备的AAO薄膜的峰位为405 nm的发光源于F (氧空位俘获1个电子)中心,峰位为455 nm的发光可能是由F(氧空位俘获2个电子)中心引起的,也可能是由其它因素引起的.草酸电解液中制备的AAO薄膜的峰位为420 nm的发光与F 中心有一定的相关性,峰位为470 nm的发光主要源于与草酸根离子有关的发光基团.     

纳米多孔硅基薄膜的常压等离子体化学气相沉积过程研究

采用常压等离子体化学气相沉积(APECVD)的方法制备了带有新颖结构和特殊蓝紫光(400 nm左右)发光特性的硅基薄膜.通过在自行研制的等离子体反应装置中通入按100:1:1的体积比进行配比的SiH<,4>:H<,2>: Ar混合气体进行APECVD,在加负偏压条件下获得了由Si基组成的絮状多孔纳米结构薄膜.通过等离子体发射光谱测定了沉积过程中的电子温度在2.2eV左右,扫描电子显微镜(SEM)观测薄膜表面形貌后肯定了偏压对薄膜纳米结构的形成起着重要的作用.     

沉积气压对磁控溅射ZrO2薄膜光性能的影响

为了探究沉积气压对ZrO₂薄膜光学特性的影响规律，以玻璃和硅片为基底，利用射频磁控溅射的方法在不同沉积气压下制备ZrO₂薄膜样品.通过分光光度计测定薄膜在可见光波段的透射光谱，利用椭圆偏振谱仪表征薄膜的折射率、消光系数、厚度等光学参量，利用原子力显微镜观测薄膜表面的微观结构等.结果表明：(1)薄膜的沉积速率随沉积气压的增大而减小，沉积气压为0.4 Pa时沉积速率最大，为0.033 nm/s，沉积气压为1.0 Pa时沉积速率最小，为0.011 nm/s；(2)当沉积气压为1.0 Pa时，200～1 000 nm波段薄膜的平均透射率和折射率均最高，分别为82.71%和2.35，表现出良好的透光性；(3)沉积气压对薄膜消光系数的影响较小；(4)不同沉积气压下制备薄膜的表面粗糙度也不同，沉积气压为1.0 Pa时薄膜的粗糙度最低，为5.5 nm，沉积气压为0.6 Pa时薄膜的粗糙度最高，为25.2 nm.     

溅射气压对ZnO薄膜生长、发光性能和结构的影响

沉积缺陷少、晶粒高度c轴择优生长的ZnO薄膜是制备短波发光器件和压电谐振传感器的关键问题之一.以ZnO为靶材,采用射频磁控溅射法在玻璃衬底上制备纳米ZnO薄膜,实现了室温下强的紫外受激发射和弱的深能级发射.通过对薄膜表面形貌的观测, 以及对X射线衍射(XRD)谱和室温光致发光(PL)谱的分析,研究了不同溅射气压对ZnO薄膜生长、结构和发光性能的影响.结果显示溅射气压在1.9 Pa-3.5 Pa之间,晶粒直径先增大后减小,在2.6 Pa时晶粒生长到最大;在3.2 Pa时薄膜单一取向性最优,以此推断最佳的溅射气压在2.6 Pa-3.2 Pa之间.实验在玻璃衬底上制备出了XRD衍射峰半高宽仅为0.12°的、高度c轴择优生长的ZnO薄膜.     

Si-SiO_2薄膜结构与光致发光的研究

采用射频磁控溅射复合靶技术制备了Si SiO2薄膜,并在各种温度下进行了退火处理.XRD分析表明Si SiO2薄膜为非晶结构,XPS分析表明样品主要是以SiO1.90的形式存在,它是富硅或者缺氧的结构.在室温下观察到了可见光致发光(PL)现象,探测到样品的峰位分别在370nm、410nm、470nm和510nm.结合激发谱对相应的激发与发光中心进行了讨论.另外,还研究了退火温度对其峰位与峰强的影响.     

CN_x薄膜的制备及电子结构

采用反应溅射方法制备了氮化碳薄膜,研究了反应气体压力、溅射功率对薄膜形成的影响,并用Ｘ射线电子能谱（ＸＰＳ） 和富里叶变换红外光谱（ＦＴＩＲ）对样品的电子结构进行了分析．结果表明：反应气体Ｎ２ 的压力太高或太低、溅射功率太大或太小,均不利于氮化碳膜的形成;在Ｎ２ 压力为８ Ｐａ、溅射功率为２００ Ｗ 时,薄膜的氮原子数分数得到最大值４１％ ;ＸＰＳ和ＦＴＩＲ分析结果揭示了膜中没有自由的Ｎ原子,所有的Ｎ原子均与Ｃ原子作用形成化学键,而且Ｃ Ｎ 单键、Ｃ Ｎ 双键、Ｃ Ｎ 三键共存．膜中Ｃ Ｈ 和Ｎ Ｈ 振动模式的存在,说明沉积在Ｓｉ 衬底上的氮化碳薄膜有较强的从空气中吸收氢的能力．     

溅射于NiMnCo上的TiO2薄膜的结构与相变

利用射频磁控溅射方法以纯金属钛做靶材在氩氧混合气 体中制备了TiO₂薄膜. X射线衍射结果表明, 在NiMnCo合金基底上成功地沉积了 具有金红石、 金红石/锐钛矿和锐钛矿结构的TiO₂薄膜, 工作气压从0.2 Pa变 化到2 Pa, TiO₂薄膜的结构由金红石相变到锐钛矿相. 低于600 nm时, 厚度对T iO₂薄膜结构没有明显影响.     

直流反应磁控溅射制备Zn_(1-x)Cd_xO薄膜的结构和光学性能研究

利用直流反应磁控溅射的方法在玻璃衬底上沉积了(002)方向高度择优生长的纤锌矿结构的Zn1-xCdxO(x=0,0.2)合金薄膜.利用XRD、XPS、TEM、PL对薄膜的结构和光学性能进行了详细研究.结果表明,随着x=0到x=0.2,(002)衍射峰从34.36°偏移到33.38°,(002)方向的晶面间距从0.260 nm增加到0.268 nm,Zn1-xCdxO薄膜的光学带隙也从3.20 eV减小到2.70 eV,相应的近带边发光峰从393 nm红移到467 nm.另外,我们还从能带结构观点对Zn1-xCdxO薄膜的发光机理进行了研究.     

Influence of growth conditions on the electrochemical synthesis of SnS thin films and their optical properties

Tin sulfide (SnS) thin films were prepared by electrodeposition onto fluorine-doped tin oxide (FTO) glass substrates using an aqueous solution containing SnCl₂ and Na₂S₂O₃ at various deposition potentials (E) and bath concentrations. The pH value and temperature of the solution were kept constant. The deposited films were characterized using X-ray diffraction (XRD), field-emission scanning electron microscopy (FESEM), photoluminescence (PL), and ultraviolet–visible (UV–Vis) spectroscopy. The FESEM images demonstrated that changes in the deposition potential (E) and solution concentration led to marked changes in the morphology of the deposited SnS films. Energy-dispersive X-ray analysis (EDXA) results showed that the Sn/S atomic ratio strongly depended on both the solution concentration and the deposition potential. To obtain an Sn/S atomic ratio approximately equal to 1, the optimal Sn2+/S₂O₃2- molar ratio and E parameter were 1/8 and -1.0 V, respectively. The XRD patterns showed that the synthesized SnS was obviously polycrystalline, with an orthorhombic structure. The effects of the variations of bath concentration and deposition potential on the band-gap energy (E_g) were studied using PL and UV–Vis experiments. The PL spectra of all the SnS films contained two peaks in the visible region and one peak in the infrared (IR) region. The UV–Vis spectra showed that the optical band-gap energy varies from 1.21 to 1.44 eV.     

氧对纳米ZnO薄膜晶体结构和光致发光的影响

ZnO是一种直接带半导体材料，在光电领域中和GaN一样受到关注．ZnO不仅有与GaN相似的晶体结构，而且它的激子结合能高达60meV，是GaN的2．4倍．采用射频(RF)磁控溅射法在n-Si(001)衬底上生长ZnO薄膜，XRD谱测量显示出氧压对ZnO薄膜的晶体结构有显著影响，用波长为325nm的激光激发，观察到在445nm处有一强的光致发光峰，它来自于氧空位浅施主能级上的电子跃迁到价带，分析了发光峰与氧压的关系以及退火对它的影响。     

溅射功率和工作气压对磁控溅射铬薄膜光电学性质的影响

采用直流磁控溅射方法在石英基片上沉积铬薄膜.研究溅射功率、工作气压对铬薄膜结构、电学和光学性质的影响.利用X射线衍射仪、分光光度计和Van der Pauw方法分别检测薄膜的结构、光学和电学特性,利用德鲁特模型和薄膜的透射、反射光谱计算薄膜的厚度和光学常数.结果表明:制备的铬薄膜为体心立方的多晶态;在工作气压0.6Pa一定时,随着溅射功率从40W增加到120W,沉积速率呈非线性增加,薄膜更加致密,电阻率连续降低,在550nm波长处,薄膜的折射率从3.52增大到功率80W时的最大值(3.88),尔后逐渐减小至3.69;消光系数从1.50逐渐增大到2.20;在溅射功率80W一定时,随着工作气压从0.4Pa增加到1.2Pa,沉积速率呈近线性降低,薄膜的电阻率逐渐变大,在550nm波长处,折射率从3.88减小到3.62,消光系数从2.55减小到1.48.     

射频磁控溅射制备CdS多晶薄膜及其性能研究

在室温和不同功率下,用射频磁控溅射法在玻璃衬底上制备了CdS薄膜.运用探针式台阶仪、x射线衍射分析仪、紫外可见分光光度计、扫描电镜(SEM)等仪器对制备的CdS薄膜进行了表征分析.主要研究讨论了溅射功率对薄膜性质的影响.结果表明:制备的CdS薄膜为立方相和六方相的混合晶相,沿着六方(002)、(004)方向和立方(111)、(222)方向有着明显的择优取向;随着功率的增加,薄膜的厚度增加,晶粒的尺寸增大,光学吸收边红移.通过优化实验参数,在室温、0.6Pa、30W、纯氩气气氛条件下可以制备出结晶性能良好的CdS薄膜,禁带宽度为2.36eV.     

衬底对直流磁控溅射制备TiO2薄膜结构和形貌的影响

在气压为1Pa和2Pa的情况下,文章采用直流磁控溅射法分别在Si(100)、Al2O3陶瓷、普通载玻片3种衬底上生长TiO2薄膜;利用原子力显微镜对TiO2薄膜的表面形貌进行观察,研究了压强及衬底对薄膜表面形貌的影响。并研究表明,在Si(100)衬底上生长的TiO2薄膜,气压为2Pa时比1Pa时表面粗糙度要大;在相同溅射气压下,Si(100)衬底上得到的TiO2薄膜质量明显优于Al2O3陶瓷和普通载玻片衬底上的。     

用离子化技术制备C-BN薄膜

立方晶系的氮化硼(C-BN)具有极好的硬度、绝缘性,近年来受到国内外的注目。本文介绍在10~(-1)Pa的氮气氛中,用电子束蒸发硼,再进行离子化,制得氮化硼薄膜。经电子显微镜衍射图分析及与块状材料相比,其晶格距离极为一致,本文还分析了薄膜形成过程中基板温度、真空度等的影响。