斜角入射沉积TiO_2薄膜的光学特性和表面粗糙度

采用电子束热蒸发技术在K9玻璃基底上以不同的沉积入射角沉积了单层TiO2薄膜,研究了不同入射沉积角沉积的TiO2薄膜的光学特性、填充密度和表面粗糙度,并比较了不同膜层厚度下薄膜表面粗糙度与入射沉积角之间的关系。研究结果表明,随着入射沉积角的增加,TiO2薄膜的透射率增加,透射峰值向短波移动,薄膜的填充密度从入射沉积角0°时的0.801降低到入射沉积角为75°时的0.341;薄膜的表面粗糙度随着入射沉积角的增加而增加,当入射沉积角为75°时,薄膜的表面粗糙度略高于基底的表面粗糙度。在沉积入射角不变时,随着膜层厚度的增加,膜层的表面粗糙度降低。     

TiO2薄膜的宽光谱特性椭偏法研究

为了获得TiO2薄膜的光学常数,采用德国SENTECH生产的SE850宽光谱反射式光谱型椭偏仪,测量和分析了用光控自动真空镀膜机沉积在K9玻璃上的单层TiO2薄膜,得到了TiO2薄膜在300nm~2500nm宽谱上的光学常数曲线和薄膜厚度.根据TiO2的薄膜特性及成膜特点,考虑了表面粗糙层和界面层对薄膜性能的影响,建模时采用Cauchy指数模型和Tauc-Lorentz模型,对建立的各种模型测量得到的数据进行了分析和比较.结果表明,模型基底/Tauc-Lorentz模型/表面粗糙层可以得到最小的均方差为0.5544,得到的TiO2薄膜的厚度的测量值与TFCalc软件的计算值最接近.该研究结果对TiO2薄膜多层膜膜系设计和制备有参考价值.     

射频等离子体处理对TiO2薄膜光电转换和亲水性的影响

用反应射频溅射法在导电玻璃上制备TiO2薄膜,并用Ar射频等离子体对TiO2薄膜进行处理。利用XRD、XPS、UVVIS透射光谱和AFM等测试手段研究Ar射频等离子体处理对TiO2纳米薄膜的结构、成分和光电性能的影响,用液滴形貌分析法测量水滴在TiO2薄膜表面的接触角。经过Ar射频等离子处理后,用TiO2薄膜组装的光电池的光电流提高了约80%,TiO2薄膜的亲水角由66°左右迅速减小。     

掺W对染料敏化TiO2电极光电性质的研究

用双靶直流磁控共溅射方法在FTO透明导电玻璃上沉积掺W的TiO2薄膜.采用原子力显微镜、喇曼光谱仪和透射光谱仪对其表面形貌、晶体结构及光学性能进行了分析.研究发现适量的掺w有利于改善TiO2薄膜的表面结构,并有利于提高染料敏化电池的短路电流;但过量的掺w减弱了锐钛矿相,TiO2薄膜转变为金红石相结构;适量W掺杂TiO2薄膜经敏化组装的太阳能电池,有利于提高其短路电流及光电能量转换效率,不利于提高其开路电压.     

基于VO2/TiO2/FTO微结构的电压诱导相变存储器特性

相变存储器作为下一代具有竞争力的新型存储器,其基础和核心是相变存储介质.为了制备基于VO2薄膜的非易失性相变存储器,首先采用等离子体增强化学气相沉积法在氟掺杂二氧化锡(FTO)导电玻璃衬底上沉积一层厚度为100 nm的TiO2薄膜,再通过直流磁控溅射法制备VO2薄膜,并在TiOJFTO复合薄膜上形成VO2/TiO2/FTO微结构,用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、四探针测试仪和半导体参数测试仪表征分析微结构的结晶和非易失性相变存储特性.结果表明,N2和O2的体积流量比为60∶40时,在TiO2/FTO上可生长出晶向为〈110〉的高质量VO2薄膜,在VO2/TiO2/FTO微结构两侧反复施加不同的脉冲电压,可观测到微结构具有非易失性相变存储特性,在67,68和69℃温度下的相变阈值电压分别为8.5,6.5和5.5V,相比多层膜结构的相变阈值电压降低了约37％.     

NIP型非晶硅薄膜太阳能电池的研究

采用射频等离子体增强化学气相沉积(RF-PECVD)技术制备非晶硅(a-Si)NIP太阳能电池,其中电池的窗口层采用P型晶化硅薄膜,电池结构为Al/glass/SnO2/N(a-Si:H)/I(a-Si:H)/P(cryst-Si:H)/ITO/Al.为了使P型晶化硅薄膜能够在a-Si表面成功生长,电池制备过程中采用了H等离子体处理a-Si表面的方法.通过调节电池P层和N层厚度和H等离子体处理a-Si表面的时间,优化了太阳能电池的制备工艺.结果表明,使用H等离子体处理a-Si表面5 min,可以在a-Si表面获得高电导率的P型晶化硅薄膜,并且这种结构可以应用到电池上;当P型晶化硅层沉积时间12.5 min,N层沉积12 min,此种结构电池特性最好,效率达6.40%.通过调整P型晶化硅薄膜的结构特征,将能进一步改善电池的性能.     

TiO2陶瓷在磁控溅射中电导率改变机理研究

在Ar气氛中对TiO2陶瓷进行射频磁控溅射时，TiO2陶瓷电导经发生显著变化。该文对这一现象进行了研究。采用多种分析手段对实验结果进行了分析。分析表明，辉光放电电离Ar气所产生的Ar离子冲击TiO2陶瓷表面的热量和动量被O^2-吸收，引进O^2-溢出TiO2陶瓷，导致TiO2化学配比偏离正常，从而提高了TiO2陶瓷的电导率。     

金包覆TiO_2纳米薄膜的光催化杀菌性能研究

采用射频反应溅射法在玻璃衬底上制得均匀透明的TiO2纳米薄膜,然后采用金(Au)离子溅射镀膜法制得金包覆TiO2复合薄膜。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)等研究了金包覆TiO2薄膜的结晶特性和表面形貌。研究显示,射频功率为200W时,射频薄膜表面光滑平整,由锐钛矿型TiO2纳米微粒构成,其微粒直径在20～100nm。Au离子溅射镀膜和真空退火后薄膜的表面形貌没有明显的变化。采用细菌涂布培养法对金掺杂TiO2纳米薄膜的光催化杀菌性能进行研究,结果表明金包覆TiO2纳米复合薄膜较单一TiO2纳米薄膜在光催化杀菌范围、速度及效率上具有明显的增强,对枯草芽孢杆菌在10min内的杀菌率均达到90%以上。根据实验结果,讨论了金包覆TiO2纳米薄膜光催化杀菌机理。     

透明导电薄膜对太阳能平板集热器性能的影响

在介绍透明导电薄膜光学性质的基础上,分别讨论了不同情况下,太阳能平板集热器盖板采用镀有透明导电薄膜的玻璃对集热器的光热转换效率和保温性能的影响。结果表明,当集热器吸热板表面没有覆盖选择性吸收涂层,在盖板玻璃下表面镀有透明导电薄膜可以在一定温度范围内提高集热器的转换效率和保温性能,而当吸热板已覆盖有选择性吸收涂层时,盖板玻璃再镀透明导电薄膜,集热器辐射热损则减少很少,甚至不足以补偿由于玻璃透过率降低而增加的光反射损失,在这种情况下,盖板不宜再采用镀有透明导电薄膜的玻璃。     

sol-gel法制备纳米TiO_2-SiO_2宽带高增透膜

通过模拟计算设计出一种透射比为99%、包含一层TiO2薄膜和一层SiO2薄膜的宽带高增透膜。两层薄膜均由溶胶-凝胶法制得并采用提拉法成形于玻璃基片上。对增透膜样品的透射比、表面形貌、膜厚等进行了表征,考察了提拉速度、退火温度、催化条件等对其透射比、表面均匀性的影响。结果表明:增透膜的使用提高了玻璃基片的透射比;当提拉速度为9cm/min,增透膜厚约为255nm时,基片在400～800nm波段的透射比提高了7%。控制退火温度,可以使增透膜在某些波段的透射比增强。增透膜样品的表面均匀性良好,室温下膜层的均方根表面粗糙度(RMS)为1.682,平均粗糙度(RA)为1.208,在550℃的温度以下,随着退火温度升高,表面粗糙度降低。     

薄膜厚度对直流溅射制备AZO薄膜的特性影响

采用直流磁控溅射法,当衬底温度为室温时,在普通玻璃衬底上制备出了低电阻率、高透过率的ZnO:Al透明导电薄膜.研究了薄膜厚度对薄膜结构以及光电特性影响.当薄膜厚度为930 nm,薄膜的光电特性最好,电阻率为4.65×10~(-4)Ω·cm,可见光范围内的平均透过率为85.8%,禁带宽度约为3.51 eV.     

工艺条件对柔性衬底ITO薄膜光电性能的影响

采用直流磁控溅射法在柔性衬底上镀制ITO透明导电薄膜,全面研究了薄膜厚度、氧气流量、溅射速率、溅射气压和镀膜温度等工艺条件对ITO薄膜光电性能的影响。结果表明,当膜厚大于80nm、氧氩体积比为1∶40、溅射速率为5nm/min、溅射气压在0.5Pa左右、镀膜温度为80～160℃时,ITO薄膜的光电性能较好,其电阻率小于5×10–4?·cm、可见光透光率大于80%。     

ZnO/p-Si异质结的I-V及C-V特性研究

通过磁控溅射Al掺杂的ZnO陶瓷靶,在p-Si片上沉积n型电导的ZnO薄膜而制备了ZnO/p-Si异质结,并通过测试其光照下的I-V、C-V特性对其光电特性以及载流子输运特性与导电机理进行了研究。研究表明ZnO/p-Si异质结存在良好的整流特性与光电响应,可以广泛应用在光电探测和太阳电池等领域。由于在ZnO/p-Si异质结界面处的导带补偿与价带补偿相差太大的缘故,在正向电压超过1V时,导电机理为空间电荷限制电流导电。同时,研究表明ZnO/p-Si异质结界面存在大量界面态,可以通过减小界面态进一步提高其光电特性。     

射频磁控溅射制备非晶WO3薄膜的结构及其光电性质研究

采用射频磁控溅射技术,以WO3陶瓷靶为原料,在透明导电氧化铟锡（ITO）玻璃上沉积了非晶相WO3薄膜,研究了溅射功率对薄膜结构及光学性质的影响,并研究了WO3薄膜的电致变色特性。利用扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射技术（XRD）表征了薄膜的表面形貌和内部结构;利用UV-Vis分光光度计表征了薄膜在变色前后的光学透过性质,利用电化学测试工作站研究了WO3薄膜的电致变色性质,并从原理上分析了WO3薄膜的变色机理。研究结果表明,不同功率下获得的WO3薄膜均为非晶结构,在可见光范围内有较高的透过率。透明的WO3薄膜在负向电压下逐渐转变成深蓝色,且在撤去电压后其颜色不变,当施加正向电压时,薄膜又转换为透明态,表现出良好的电致变色特性。所制备WO3薄膜在550nm处褪色态的透过率为83%,着色态的透过率为29%,使得该薄膜在智能窗方面具有广阔的应用前景。     

溅射时间对AZO薄膜结构以及光电性能的影响

应用直流磁控溅射在石英玻璃上生长AZO薄膜,利用X射线双晶衍射(XRD)、四探针以及可见光分光光度计,对薄膜结构特性、光学以及电学特性进行了分析,并讨论了溅射时间对薄膜晶体结构、膜厚、方块电阻以及透过率的影响。针对AZO在LED中作为电流扩展层的应用,利用光学模拟软件TFCalc对AZO以及SiO2构成的双层膜的透过率进行了模拟,用溅射和PECVD分别生长AZO以及SiO2薄膜加以验证。通过适当的调节薄膜厚度,可使透光率在可见光波段有整体上的提升。     

ITO薄膜的制备及其光电特性研究

采用直流磁控溅射法,分别用ITO陶瓷靶、In-Sn合金靶,在玻璃基片上镀膜。研究ITO透明导电膜其膜厚、靶材、溅射气压和溅射速率等工艺对光电特性的影响。结果表明,采用陶瓷靶镀膜要比合金靶效果好,膜厚70nm以上、溅射气压0.45Pa和溅射速率23nm/min左右为最佳工艺条件,并得到了ITO薄膜电阻率1.8×10–4Ω.cm、可见光透过率80%以上。     

溅射功率对NiO薄膜性质的影响

在室温条件下,采用射频磁控溅射的方法在石英衬底上制备了NiO薄膜,深入研究了不同溅射功率对NiO的结构、光学和电学特性的影响。随着溅射功率的升高,NiO薄膜逐渐由非晶态薄膜转变成具有(111)择优取向的晶态薄膜,同时发现NiO薄膜在可见光区透过率较大,而在紫外光区透过率减小;随着溅射功率的升高,薄膜在可见光区域和紫外区域的光学透过率均明显减小,同时禁带宽度也减小,但导电性增强。     

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。     

ZnO∶Ti透明导电薄膜的制备与光电性能研究

采用直流磁控溅射法,在水冷7059玻璃衬底上制备了具有高透射率和相对低电阻率的掺钛氧化锌(ZnO∶Ti)透明导电薄膜,研究了溅射偏压对ZnO∶Ti薄膜结构、形貌和光电性能的影响。结果表明,ZnO∶Ti薄膜为六角纤锌矿多晶结构,具有c轴择优取向。溅射偏压对ZnO∶Ti薄膜的结构和电阻率有重要影响。当溅射偏压为10V时,电阻率具有最小值1.90×10–4?.cm。薄膜具有良好的附着性能,可见光区平均透射率超过90%。该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。     

ZnO:Ga透明电极LED的制备及性能分析

基于本实验室的实验条件,采用射频磁控溅射、等离子干法刻蚀等技术成功制备出具有ZnO∶Ga(GZO)透明电极的LED芯片。实验研究了相同工艺条件制备的ITO透明电极LED芯片和GZO透明电极LED芯片,对比实验结果表明GZO薄膜沉积工艺简单,其器件性能与ITO电极LED相当。相同条件下制备的GZO薄膜可见光波段透过率约90%,而ITO仅为75%。实验室制备的LED器件均具有较高的阈值电压,一方面p-GaN与ZnO的禁带宽度相差4.13 eV,接触势垒大,另一方面器件制备过程中的等离子体损伤薄膜表面和器件性能。