ZnO纳米晶薄膜的制备及特性分析

在低温下制备了粒径小于10nm的ZnO纳米晶,用旋涂法制备ZnO纳米晶薄膜,XRD分析ZnO晶相是纤锌矿结构;SEM与AFM表明,纳米晶薄膜在300％退火后薄膜的厚度明显减小到130nm,表面粗糙度降低到3．27nm,粒径明显增大;紫外-可见吸收和透射比光谱表明,随着退火温度的增加,吸收边发生了红移,吸收肩更明显,薄膜具有高的透射率（75—85％）;薄膜方阻随温度增加而增大,300℃以下退火方阻增加很小（小于8．5Ω／sq）,400℃以上退火方阻大幅增加（大于21．1Ω／sq）,因此,ZnO纳米晶薄膜最优退火温度点为300℃。     

透明导电AZO/Cu双层薄膜制备及其性能

采用直流磁控溅射方法在玻璃衬底上室温生长了AZO/Cu双层薄膜,Cu层厚度控制在9nm,研究了AZO层厚度对薄膜电学和光学性能的影响。当AZO层厚度为20～80nm时,AZO/Cu双层薄膜具有良好的综合光电性能,方块电阻为12～14Ω/sq,可见光平均透过率为70～75%,品质因子为2×10-3～5×10-3Ω-1。AZO/Cu双层薄膜可以观察到Cu（111）和ZnO（002）的XRD衍射峰。通过退火研究表明,AZO/Cu双层薄膜的光电性能可在400℃下保持稳定,具有良好的热稳定性。本研究制备的透明导电AZO/Cu双层薄膜具有室温制程、综合光电性能良好、结晶性能较好、稳定性高的优点,可以广泛应用于光电器件透明电极及镀膜玻璃等领域。     

低温水浴制备ZnO纳米晶薄膜的研究

首先在低温下制备了粒径小于10nm的ZnO纳米晶,然后采用旋口法制备了ZnO纳米晶薄膜,XRD分析ZnO晶相是纤锌矿结构;SEN与AFM表明,纳米晶薄膜在300℃退火后薄膜的厚度明显地减小到130nm（未退火200nm）,粒径明显增大,表面粗糙度减少到3．27nm（未退火4．89nm）;紫外-可见吸收和透射比光谱表明,随着退火温度的增加,吸收边发生了红移,吸收肩更明显,薄膜具有高的透射率（75—85％）,随着温度增加薄膜方阻增大,300℃以下退火方阻增加很小（小于8．5Ω／sq）,400℃以上退火方阻大幅增加（大于21．1n／sq）,假定存在最优退火温度点（300℃）。     

射频功率和工作压强对Ga、Al共掺杂ZnO薄膜性能的影响

室温下采用射频(RF)磁控溅射在玻璃衬底上制备镓铝共掺杂氧化锌(GAZO)薄膜。采用X射线衍射仪、紫外-可见-近红外分光光度计、四探针测试仪和紫外光电子能谱等表征方法研究射频功率和工作压强与薄膜结构、光学和电学性能之间的关联。结果表明:不同条件下制备的GAZO薄膜均具有六方纤锌矿晶体结构,沿垂直衬底的(002)方向择优取向,在可见光波段(400～700 nm)的平均透射率均高于90%;在射频功率和工作压强分别为200 W和0.20 Pa条件下制备的GAZO薄膜具有最低的电阻率(1.40×10~(-3)Ω·cm)和最高的品质因子(8.10×10~(-3)Ω~(-1))。GAZO薄膜优良的光电性能使其有很大潜力作为透明电极应用于光电器件。     

溅射功率对AZO透明导电薄膜的影响

采用射频磁控溅射法在玻璃衬底上沉积了AZO透明导电薄膜,并用原子力显微镜观测了薄膜表面形貌,XRD测试了薄膜相结构和单色仪测试了薄膜透射率。结果表明,制备的薄膜具有高度c轴择优取向性,其表面平整,晶粒均匀致密。当溅射功率为180W、溅射气体流量为15sccm、基片温度为200℃时制得的薄膜方阻为10Ω/□,在可见光区平均透射率大于85%。     

Al-Sn共掺杂ZnO薄膜的结构与光电性能研究

采用射频磁控共溅射法在玻璃衬底上制备出了Al与Sn共掺杂的ZnO(ATZO)薄膜.在固定ZnO∶Al(AZO)靶溅射功率不变的条件下,研究了Sn靶溅射功率对ATZO薄膜的结晶质量、表面形貌、电学和光学性能的影响.结果表明,制备的ATZO薄膜是六角纤锌矿结构的多晶薄膜,具有c轴择优取向,而且表面致密均匀.当Sn溅射功率为5W时,330 nm厚度的ATZO薄膜的电阻率最小为1.49×10-3 Ω·cm,比AZO薄膜下降了22％.ATZO薄膜在400～900 nm波段的平均透过率为88.92％,禁带宽度约为3.62 eV.     

离子束溅射制备CdS多晶薄膜及性能研究

采用离子束溅射的方法在玻璃衬底上制备CdS多晶薄膜,研究了沉积过程中基底温度(100～400℃)与薄膜厚度(35～200nm)对其微结构与光电性能的影响。结果表明,不同基底温度下制备的CdS薄膜均属于六方相多晶结构且具有(002)择优取向生长特征;随着基底温度的升高,(002)特征衍射峰强度增加,半高宽变小相应薄膜结晶度增大,有利于颗粒的生长;分析CdS薄膜的光谱图线可知,薄膜在可见光区平均透射率高于75%,光学带隙值随着基底温度升高而增大(2.33～2.42eV)且薄膜电阻高达109Ω;在基底温度为400℃条件下制备不同厚度的CdS薄膜,发现(50～100nm)较薄的CdS薄膜具有较为明显的六方相CdS多晶薄膜结构、较优光学性能和高电阻值,满足CIS基太阳电池中缓冲层材料的基本要求。     

真空退火法对AZO薄膜的研究

磁控溅射法在玻璃衬底上制备了AZO(氧化锌掺铝)薄膜。对薄膜进行了真空退火。利用XRD、分光光度计以及四探针等测试装置,对AZO薄膜的晶粒度、透光率和导电性能进行了测试分析。结果表明,退火有利于薄膜结晶;退火有利于薄膜光电性能的提高。在本实验中,AZO薄膜的最高透光率可达90.617%;最低电阻率可达2.21×10-3(Ω.cm)。对比在真空中退火的ITO薄膜的光电性能参数,结果已有所超越。此结果说明,AZO薄膜有潜力成为透明导电膜ITO的替代产品。     

直流磁控溅射制备大面积AZO透明导电薄膜

采用直流磁控溅射工艺于200℃的玻璃基板制备了大面积AZO透明导电薄膜。重点研究了样品晶体结构、方阻、可见光透过率、样品形貌等随其位置变化的情况。研究表明,大面积AZO薄膜的晶体结构、可见光透过率、样品形貌等随样品位置变化比较小,大面积AZO样品均按C轴取向生长,表面平整,晶粒尺寸为20 nm左右。在本实验条件下获得的大面积AZO薄膜方阻在86～110Ω/□范围内,方阻线性变动率为28%,样品电阻率为6.34～7.26×10-4Ω·cm,可见光平均透过率均高于87%。     

射频磁控溅射法制备的ZnO:Al薄膜在不同偏压下的光电特性

采用RF磁控溅射法在玻璃衬底和PET衬底上沉积了Al掺杂的ZnO(AZO)薄膜,衬底的直流偏压为0～50V.主要研究了薄膜的结构、光学和电学特性.在玻璃衬底上制备AZO薄膜的沉积速率随偏压的升高而增大,然而再增加偏压时反而下降.当偏压为30V时,在玻璃衬底上制备的薄膜的最低电阻率为6.5×10-4Ω·cm,在波长450～800nm内的平均透射率大于80%;在PET衬底上制备的薄膜也有相似的特性,但没有在玻璃衬底上制备的好.     

磁控溅射制备AZO/Ag/AZO透明导电膜的性能研究

选择ZnO2与Al2O3质量比为97：3的靶材为溅射源，用射频磁控溅射法室温下在玻璃基底上沉积AZO／Ag／AZO薄膜，讨论了氧流量变化对薄膜透光率、方阻及表面形貌的影响并深入分析了机理。研究结果表明，氧流量变化会导致薄膜沉积厚度的变化，氧流量为4时薄膜沉积速率最快。沉积AZO时充入氧气会使整个膜系的透光率不随Ag层增厚明显降低，并且会使膜系的方阻降低。在最优氧流量为4L／min（标准状态下，下同）上下各沉积59nm的AZO与氧流量为0时沉积33nm银层相匹配的复合膜在可见光区（包括基底）的透光率达到90％，方阻为2．5Ω/□。     

Si（111）基片上Mg2Si薄膜的脉冲激光沉积

采用脉冲激光沉积方法在Si(111)基片上制备了Mg2Si薄膜。研究了激光能量密度、退火气氛及压强、退火温度、退火时间等工艺条件对Mg2Si薄膜生长的影响。用X射线衍射仪分析了Mg2Si薄膜的物相,用原子力显微镜、高分辨场发射扫描电镜表征了薄膜的形貌。实验结果表明:在激光能量密度为2.36 J/cm2,Si(111)基片上室温、真空(真空度10-6Pa)条件下沉积,在Ar气压强为10 Pa,500℃,30 min条件下原位退火得到了纯相、结构均匀、表面平整、厚度约为900 nm的Mg2Si多晶薄膜。     

退火处理对溶胶-凝胶法制备AZO薄膜性能的影响

采用溶胶-凝胶旋涂法在普通载玻片衬底上制备出Al3 掺杂ZnO(AZO)薄膜.对所制备的薄膜在空气气氛中进行了不同温度(400～600℃)的退火处理,并在500℃下的不同气氛(氢气和氩气)中进行退火处理.利用XRD和SEM等分析手段对薄膜进行了表征,测定了薄膜的透光性.研究表明,随空气中退火温度的提高,ZnO薄膜(002)衍射峰强度得到增强,半高宽逐渐减小,透射率从85%提高到95%.薄膜晶粒尺寸范围为23.50～29.80 nm;在氢气和氩气气氛下退火得到的薄膜性能均优于在空气中退火得到的薄膜性能.     

Ag层厚度对AZO/Ag/AZO透明导电薄膜性能的影响

在室温条件下,采用磁控溅射技术在玻璃衬底上生长了AZO/Ag/AZO多层透明导电薄膜。主要研究了Ag层厚度对多层透明导电薄膜结构和性能的影响。研究表明,AZO和Ag分别延(002)面和(111)面高度择优生长,随着Ag层厚度的增加,多层透明导电薄膜的电阻率不断降低,透过率呈现先降低再增加最后再降低的变化趋势,其中Ag层厚度为8nm的样品获得最大品质因子33.1×10^-3Ω^-1,综合性能最佳。     

柔性衬底铝掺杂氧化锌透明导电膜的特性研究

室温下采用射频磁控溅射法在有机薄膜－聚丙烯己二酯（polypropylene adipate,PPA)衬底上制备出了ZnO:Al(AZO)透明导电膜。其它制备参数保持不变的条件下通过改变淀积时间得到厚度不同的薄膜，并对不同厚度AZO薄膜的结构特性、光学特性和电学特性进行了研究。     

直流磁控溅射法制备高品质钛铝共掺杂氧化锌透明导电薄膜

利用直流磁控溅射法在室温水冷玻璃衬底上成功制备出高品质的钛铝共掺杂氧化锌(TAZO)透明导电薄膜。XRD研究结果表明,TAZO薄膜为具有c轴择优取向的六角纤锌矿结构的多晶薄膜,偏压为-20V时制备的厚度为365nm的薄膜的方块电阻为10.15Ω/□,最小电阻率为3.70×10~(-4)Ω·cm,所有薄膜样品在500～800nm的可见光平均透过率都超过了92%。     

Mg2Si／Si异质结的制备

采用射频磁控溅射和低真空退火方法制备Mg2Si／Si异质结,首先在n型Si（111）衬底上沉积Mg膜,经低真空退火形成Mg2Si／Si异质结,Mg膜厚度约为484nm,退火后形成的Mg2Si薄膜厚度约400nto,利用xRD和sEM分别研究了Mg2Si薄膜的晶体结构和表面形貌,霍尔效应结果表明,制备的Mg2Si薄膜呈现n型导电特性。     

薄膜厚度对TGZO透明导电薄膜光电性能的影响

利用直流磁控溅射法,在室温水冷玻璃衬底上成功制备出了可见光透过率高、电阻率低的钛镓共掺杂氧化锌(TG-ZO)透明导电薄膜。X射线衍射和扫描电子显微镜研究结果表明,TGZO薄膜为六角纤锌矿结构的多晶薄膜,且具有c轴择优取向。研究了厚度对TGZO透明导电薄膜电学和光学性能的影响,结果表明厚度对薄膜的光电性能有重要影响。当薄膜厚度为628 nm时,薄膜具有最小电阻率2.01×10-4Ω.cm。所制备薄膜在波长为400~760 nm的可见光中平均透过率都超过了91%,TGZO薄膜可以用作薄膜太阳能电池和液晶显示器的透明电极。     

反应磁控溅射法制备氧化铟锡钽薄膜

利用掺锡氧化铟(ITO)靶和Ta2O5靶双靶共溅法制备了氧化铟锡钽(ITTO)薄膜,研究了在不同衬底温度和退火温度下ITTO薄膜的微结构和光电性能。ITTO薄膜具有更好的晶化程度和较低的表面粗糙度,不同的处理过程导致了晶面择优取向的转变。室温下制备的ITTO薄膜展示了较好的光电性能,提高衬底温度和合理的退火处理可以显著地提高薄膜的光电特性。载流子浓度对于近红外反射、近紫外吸收和光学禁带宽度具有重要的影响。ITTO薄膜具有较宽的光学禁带宽度。在优化制备条件下,可以获得方阻10～20Ω/□、可见光透过率大于85%以及光学禁带宽度大于4.0eV的ITTO薄膜。     

工作气压对室温溅射柔性AZO薄膜性能的影响

采用射频磁控溅射法在PEN衬底上室温制备了AZO薄膜,并对不同工作气压下(0.05～0.4Pa)沉积薄膜的结构及光电性能进行了研究。结果表明,薄膜具有良好的c轴择优取向,随工作气压增大,薄膜(002)峰强度减弱,晶粒减小,表面粗糙度增大,电学性能下降,薄膜可见光透过率变化不大,但禁带宽度变窄。与玻璃衬底相比,PEN衬底上沉积的AZO薄膜拥有更高的品质因数,获得的最佳电阻率、载流子浓度和霍尔迁移率分别为1.11×10-3Ω.cm、4.14×1020cm-3和13.60cm2/(V.s),该薄膜可见光的绝对透射率达到95.7%。