直流磁控溅射氧化铟锡薄膜的低温等离子退火研究

提出了一种可显著改善室温下直流磁控溅射氧化铟锡(ITO)薄膜晶体结构、光学和电学性能的后处理方法,将ITO薄膜分别置于氩气、氨气和氧气中进行低温等离子体退火处理.同单纯的退火处理相比,在3种气氛下,低温等离子退火均可使室温溅射沉积的ITO薄膜在相对低的温度(150℃)时,由非晶态转变为晶态,其相应的电学和光学性能都有较大的提高.实验证明:氨气气氛下退火温度为350℃时,玻璃衬底上ITO薄膜在波长为600 nm的可见光区内的透光率可达88.5%;薄膜表面的针刺很少,表面平整度小于2.08 nm;方块电阻由348.7Ω降到66.8Ω,相应的电阻率由4.1×10-3Ω.cm降到7.9×10-4Ω.cm.该方法更能满足柔性有机聚合衬底的ITO薄膜对低温退火的要求.     

氧氩比对Ti掺杂ZnO薄膜结构和光电性能的影响

为优化Zn O∶Ti复合薄膜制备工艺,采用射频磁控溅射法在不同氧氩比条件下沉积Zn O∶Ti复合薄膜,得到的样品经由EDS能谱仪检测Ti掺杂质量分数为3%.分别利用台阶仪、扫描电子显微镜、X线衍射仪、分光光度计和霍尔效应仪对样品的沉积速率、微观结构和光电性能进行表征.结果表明:随着氧氩比逐渐增大,薄膜的沉积速率呈现先增加后减小的变化.所有Zn O∶Ti薄膜均为六角纤锌矿结构,具有(002)晶面择优取向;当氧氩比为1∶1时,薄膜样品的表面形貌和结构优于其他样品.经过在空气中500℃的退火处理,薄膜样品的结晶质量明显提高.所有Zn O∶Ti薄膜在可见光区透过率均大于90%.随着氧氩比的增加,薄膜样品的电阻率先减小后增加,当氧氩比为1∶1时,电阻率最小,为6.5×10-4Ω·cm,薄膜的综合性能达到最优.     

直流磁控溅射制备透明导电ZAO薄膜退火处理时间的研究

为改进太阳能薄膜材料制备工艺,利用直流磁控溅射方法,在较高氩气压强——12.7 Pa下制备出透明导电掺铝ZnO(ZAO)薄膜,并对其进行退火处理时间的研究。与其他研究者不同,利用较高压强也制备出高性能ZAO薄膜,并且可以利用退火处理改善薄膜的晶体结构、内应力、表面形貌以及光电性能。薄膜的电阻率随着退火时间的增加而降低,从原位沉积时的3.5×10-3Ω.cm,下降到1.9×10-3Ω.cm;薄膜的平均透光率增加到80%以上,光谱吸收边发生蓝移。结果表明,退火2 h,ZAO性能改善最优。     

退火温度对Zn_(1-x)Cd_xO薄膜的结构和光学性能的影响

利用直流反应磁控溅射的方法和后退火技术在石英衬底上制备了Zn_(1-x)Cd_xO(x=0.5)薄膜.利用XRD、XPS、TEM、Absorption及PL等详细地研究了退火温度对薄膜的结构和光学性能的影响.结果表明:原生未退火的Zn_(1-x)Cd_xO薄膜具有纯ZnO的六角纤锌矿结构并且在(002)晶面方向上择优生长;当退火温度(Ta)从300℃增加到600℃时,观察到薄膜中出现了CdO杂相;而且,随着Ta的增加,Zn_(1-x)Cd_xO薄膜的光学带隙由2.08 e V增加至3.14 e V;相应地,近带边发光峰的峰位由588 nm减小到403 nm.     

ZnO:Al(ZAO)薄膜的特性研究

用直流磁控反应溅射技术制备了综合性能优良的ZnO:Al(ZAO)薄膜.X光衍射(XRD)、光电子能谱(XPS)和Auger电子能谱(AES)等分析结果表明,适量的铝掺杂和氧流量可有效地控制Al2O3相的生成.铝在薄膜表面的存在形式单一,并且Zn,O,Al各元素纵向分布均匀.理论与实验研究表明,对于高度简并的ZAO半导体薄膜,在温度较低时,离化杂质散射占主导地位;温度较高时,晶格振动散射将成为主要的散射机制;晶界散射仅当晶粒尺寸较小(与电子的平均自由程相当)时才起作用.此外,优化工艺参数可获得低电阻率(～5×10-4Ωcm)的ZAO薄膜.在可见光区,其透射率＞80%;在近中红外光区,其反射率＞60%.     

高温后退火对薄膜太阳能电池光电性能的影响

应用SILVACO仿真软件,对N、P区杂质浓度分别为1×1016和1×1017cm-3的非晶硅薄膜太阳能电池进行了后退火工艺仿真研究.结果表明:非晶硅薄膜太阳能电池的光谱响应特性随着后退火温度的升高和退火时间的增加而提高.与未后退火电池相比,保持后退火时间1 min,退火温度分别为900,950和1 000℃时,电池的短路电流(Isc)增加约5.39%;保持后退火温度为950℃,退火时间从1 min增加到5 min,电池的短路电流(Isc)提高约6.37%.但是,电池的光谱响应特性的提高与后退火工艺参数不成正比关系.为了减小后退火对电池杂质再分布的影响,确定最佳后退火工艺参数为950℃和4 min.研究表明在薄膜电池的生产中增加后退火工艺可以有效地提高薄膜太阳能电池的光谱响应性能.     

氧分压对CU掺杂ZnO薄膜的结构及光学特性的影响

采用射频磁控溅射方法在玻璃衬底上制备了不同氧分压的Cu掺杂ZnO(ZnO∶Cu)薄膜.利用X射线衍射(XRD)、原子力显微镜(AFM)、紫外-可见分光光度计和光致荧光发光(PL)等表征技术,研究了不同氧分压对Zno∶Cu薄膜的微观结构和光学特性的影响.研究结果显示,随着氧分压的增加,薄膜的(002)衍射峰先增强后减弱,同时(100)、(101)和(110)衍射峰在(002)衍射峰增加时减小,表明氧分压可以影响ZnO∶Cu薄膜的结晶取向.薄膜在紫外-可见光范围的透过率超过70%,同时随着氧分压的增加,薄膜的光学带隙值先增大后减小.通过对光致发光的研究表明,射频磁控溅射法在低氧和高氧环境条件下都可制得好的发光薄膜.     

氢气气氛中后续退火处理对ZnO:Al薄膜光电性能的影响

利用自由基辅助磁控溅射法在载玻片衬底上制备了透明导电ZnO:Al薄膜(简称AZO薄膜).研究了氢气气氛中后续退火处理对Al掺杂效率以及AZO薄膜性能的影响.研究结果表明,退火处理提高Al的掺杂效率、降低中性杂质浓度,从而提高了AZO薄膜的导电性能.AZO薄膜550℃下在H2气氛中退火处理后,其电阻率为6.5×10-4Ω·cm,550nm波长的透射率为85.7%,载流子浓度为3.3×1020cm-3,迁移率为29.7cm2·V-1·s-1.     

溅射法制备的ZnO薄膜的光发射

报道了用射频磁控溅射法在硅衬底上制备出具有好的(002)择优取向的多晶ZnO薄膜，在514nm处观察到显著的单色绿光发射峰；且随着氧分压的增加，绿光发射峰的强度减弱．经真空中退火该发射峰增强；而在氧气中退火该发射峰强度减弱．该发射峰强度依赖于氧分压的事实表明：514nm绿光发射峰与ZnO薄膜中的氧空位缺密切相关，认为它来自于氧空位缺陷深施主能级上的电子到价带顶上的跃迁．     

ITO透明导电薄膜的制备及光电特性研究

论述了高温直流磁控反应溅射法制备ITO透明导电薄膜时氧分压、溅射气压和溅射电流等参数对其光电特性的影响 .当氧分压、溅射气压和溅射电流过高或过低时 ,会导致金属In ,InO ,SnO和Sn3 O4等物质以及晶体缺陷的生成 ,从而降低ITO薄膜的导电性或可见光透过率 ,甚至同时降低其光电性能 .实验结果表明 ,当Ar流量为 4 0 2cm3 ·min-1、温度为 36 0℃和旋转溅射时间为 90min等参数保持不变时 ,ITO薄膜光电特性最佳溅射参数的氧流量为 0 4 2cm3 ·min-1,溅射气压为 0 5Pa ,溅射电流 0 3A(溅射电压约为 2 4 5V ) ,所得薄膜的方块电阻为 5 7Ω、波长为 5 5 0nm的绿光透过率达到 88 6 % (洁净玻璃基底的绿光透光率为 91 6 % ) .     

溅射压强对柔性PET衬底ZnO薄膜性能的影响

利用直流磁控溅射法,在室温水冷柔性PET衬底上成功制备出了掺钛氧化锌(ZnO:Ti,TZO)透明导电薄膜。通过X射线衍射(XRD)研究了薄膜的结构,用扫描电镜(SEM)研究了薄膜的表面形貌,用四探针和紫外-可见分光光度计等仪器对薄膜的特性进行测试分析,研究了溅射压强对ZnO:Ti薄膜表面结构、形貌、力学、电学和光学性能的影响。结果表明,溅射压强对PET衬底上的TZO薄膜的性能有显著的影响,实验制备的ZnO:Ti薄膜为具有C轴择优取向的六角纤锌矿结构的多晶薄膜;当溅射压强从2Pa增加到4Pa时,薄膜的电阻率由10.87×10-4Ω.cm快速减小到4.72×10-4Ω.cm,随着溅射压强由4Pa继续增大到6Pa,薄膜的电阻率变化平缓,溅射压强为5Pa时薄膜的电阻率最小,为4.21×10-4Ω.cm;经计算得到6Pa时样品薄膜应力最小,为0.785 839GPa;所有样品都具有高于91%的可见光区平均透过率。     

缺氧钛酸锶薄膜热导率的分子动力学研究

采用非平衡分子动力学(NEMD)方法对钛酸锶薄膜在不同条件下的室温热导率进行研究，结果表明：当薄膜厚度由4.69 nm增加至10.93 nm时，钛酸锶薄膜的热导率也随之增加，数值由1.616 Wm^-1K^-1增加到1.768 Wm^-1K^-1,表现出显著的尺寸效应；厚度为6.248 nm,氧空位浓度由0.039%增加至0.195%的钛酸锶薄膜，其热导率随着氧空位浓度的增加由1.522 Wm^-1K^-1降低至1.181 Wm^-1K^-1.可以看出，钛酸锶材料的低维化以及氧缺陷能使钛酸锶薄膜的热导率降低.分析讨论了厚度和氧空位浓度对钛酸锶薄膜导热系数的影响，并与已有实验研究结果进行对比证实了本文研究的合理性与可靠性，本研究对提高热电材料钛酸锶的性能具有重要参考意义.     

真空蒸发法制备CdS薄膜及其性能研究

用真空蒸发法制备了CdS薄膜,用扫描电镜、X射线衍射仪、紫外-可见光分光光度计、四探针对薄膜的形貌、结构、光电性能进行分析测试.研究结果表明,不同基片温度下所制备的CdS薄膜主要为六方相,CdS薄膜在(002)晶面有高度的择优取向;不同基片温度下的薄膜对可见光的透光率都超过70%;薄膜的电阻率随基片温度的升高而增大;基片温度为50℃时薄膜的Eg为2.41 eV;在200℃退火处理改善了CdS薄膜的质量,结晶度提高,电阻率降低,晶粒尺寸增大;基片温度为50℃时薄膜在200℃退火后的电阻率为255Ω.cm.     

退火对氧化铟镓薄膜晶体管电学特性的影响

研究不同气氛中退火的氧化铟镓薄膜晶体管电学性能随退火温度的变化,并采用霍尔效应测试分析氧化铟镓的载流子浓度(N_c)和迁移率(μ_H)的变化规律,探讨深层次原因。结果表明:退火处理后器件的饱和区场效应迁移率μ_(sat)由1.0 cm~2·(V·s)~(-1)升高至最高12.0 cm~2·(V·s)~(-1),亚阈值摆幅由0.58 V·dec~(-1)(dec代表10倍频程)降至最低0.19 V·dec~(-1),迟滞现象减弱,但阈值电压(V_(th))负向漂移甚至导致器件无法关断;高氧气氛退火可抑制V_(th)负向漂移。此外,N_c和μ_H均随退火温度升高而升高;高氧气氛退火可抑制N_c,这可能与氧在薄膜表面吸附,从而修复氧空位有关;氧气退火能更好地修复薄膜中的缺陷。     

SrTi_(0.8)Nb_(0.2)O_3/Au纳米复合薄膜的制备及热电性能

利用脉冲激光沉积技术制备了SrTi_(0.8)Nb_(0.2)O_3/Au纳米复合热电薄膜并研究了Au纳米颗粒的含量对薄膜热电性能的影响.实验结果表明,随着薄膜中Au纳米颗粒含量的增加,复合薄膜的载流子浓度和迁移率同时减小,导致复合薄膜的电阻率增大;此外,随着Au纳米颗粒含量的增加,复合薄膜的塞贝克系数绝对值因载流子浓度的增大及Au和SrTi_(0.8)Nb_(0.2)O_3界面势垒的能量过滤效应而增大.当Au原子百分比为0.94%时,复合薄膜的功率因子达到最大值,表明少量的纳米Au颗粒掺入可以有效地提升SrTi_(0.8)Nb_(0.2)O_3薄膜的热电性能.     

无Co稀土系储氢合金La(NiM)5+x的组织结构及MH电极性能研究

制备和研究了过化学计量比无钴合金La(NiM)5+x(M= Cu, Mn, Al,x=0.3～1.0)在常规熔铸、高温退火+淬火及快速凝固不同制备条件下的组织结构和电化学性能.X射线衍射分析表明,熔铸合金组织均由CaCu5型主相和少量第二相组成;当M为Cu和Mn元素时,退火+淬火处理及快速凝固合金在x=0.3～1.0范围内为单相组织,而含Al合金则很难获得单相组织.电化学实验表明,退火+淬火处理后的合金MH电极具有易活化、电化学容量较高、电极循环稳定性得到不同程度改善,其中以含Cu和Mn元素的单相组织合金循环稳定性最好.快速凝固合金均大大提高了合金的电化学稳定性,但其活化性能和电极容量明显下降.     

H2对Al-Si-GNP共掺杂ZnO透明导电薄膜性能的影响

以玻璃为基底,采用射频磁控溅射法制备了Al_2O_3、SiO_2、氧化石墨烯(GNP)共掺杂氧化锌(GASZO)透明导电薄膜.考察了在Ar(流量不变)中H_2流量对薄膜制备的影响.采用X射线衍射仪(XRD)及扫描电子显微镜(SEM)等对薄膜形貌、结构进行了表征.结果表明薄膜晶相为纤锌矿结构、呈c轴择优取向; Scherrer公式计算发现增加H_2量,可以减小薄膜的平均晶粒尺寸; H_2流量对薄膜内应力影响较大.此外,还采用四探针测试仪、紫外—可见分光光度计(UV-Vis)等对薄膜的光电性能进行了表征.当Ar流量为70 sccm、H_2占溅射气氛1. 00%时,薄膜具有最低电阻率7. 746×10~(-4)Ω·cm;适量的H_2流量可以提高玻璃在近紫外区的透过率;镀膜后样品在可见光区的平均透过率为90%左右.     

Fe3N纳米晶薄膜退火过程的结构演变及其磁性

采用直流磁控溅射方法, 在氮气分压为10%的条件下获得了单相纳米晶ε-Fe₃N磁性薄膜, 先将薄膜样品在真空中分别于500,600,700,800 ℃退火, 再利用X射线衍射(XRD)和振动样品磁强计(VSM)表征不同退火温度样品的结构和磁学性能. 结果表明: ε-Fe₃N样品在小于600 ℃可保持结构稳定; 在退火过程中, ε-Fe₃N薄膜的比饱和磁化强度变化较小; 矫顽力先减小后增加; 经过500 ℃退火的ε-Fe₃N样品软磁性能最佳.     

Pt在Ni(Pt)-Si-O固相反应中的影响

深亚微米尺度(90 nm)下,对在金属Ni膜中加入微量Pt,再经过高温退火形成NiSi.对该固相反应的反应序列进行了研究.研究发现Ni2Si-to-NiSi转变温度由300℃提高到350℃;NiSi-to-NiSi2转变温度由640℃提高到775℃;而且,NiSi薄膜的形貌在750℃才开始发生Agglomeration现象.     

退火温度对La0.8Bi0.2MnO3(LBMO)薄膜结构及性质的影响

用射频磁控溅射方法在Si[100]衬底上沉积了La0.8Bi0.2MnO3多晶薄膜,再在不同温度下进行退火热处理.使用XRD衍射仪、原子力显微镜(AFM)分别对薄膜微结构进行了表征,结果显示薄膜随着退火温度的升高逐渐晶化,晶体结构属于钙钛矿菱形结构;薄膜的表面致密、晶粒大小均匀,850 ℃退火的薄膜晶粒尺寸约40 nm 左右.薄膜的X射线光电子能谱(XPS) 测量表明薄膜中Bi 的价态为Bi3+和Bi5+.经过退火的薄膜在室温300 K、液氮77 K下都存在巨磁电阻效应.850 ℃退火的薄膜,温度为300 K和77 K、磁场为1.5 T条件下,磁电阻分别达到22.50%和26.98%.