微型超级电容器PPy/GO-RuO2复合膜电极的制备与电化学性能

为了解决氧化钌(RuO₂)沉积电位过高, 难以在三维微结构金属集流体上直接沉积的问题, 提出采用分步电沉积方法在微三维结构镍(Ni)集流体上制备RuO₂复合膜电极, 即先在三维微结构Ni集流体上沉积聚吡咯/氧化石墨烯(PPy/GO)薄膜作为基底, 经热处理后, 在基底上二次沉积出RuO₂颗粒, 最后再对RuO₂复合薄膜进行二次热处理。扫描电子显微镜(SEM)观察显示, 随着热处理温度的升高, 薄膜表面多孔结构增多, 达到了提高膜电极结构孔隙分布的目的。能量分散谱(EDS)和X射线光电子能谱分析(XPS)表明, 薄膜中无定形RuO₂·xH₂O的存在保证了膜电极的大比容量。电化学性能测试结果表明, 经105℃处理后的膜电极电化学性能最佳, 比电容为28.5 mF/cm², 能量密度为0.04 Wh/m², 功率密度为14.25 W/m²。采用分步电沉积方法制备出的RuO₂复合薄膜是一种良好的MEMS超级电容器电极材料。     

磁控溅射制备取向性BaTiO3薄膜及其性能研究

磁控溅射具有制备的薄膜纯度高、致密性好、均匀，膜-基结合牢固、工艺重复性好，适合制备取向性无机非金属薄膜等优点，在微电子领域具有广泛的应用前景。研究了BaTiO₃薄膜沉积过程中的氩氧比、溅射温度、溅射时间、溅射功率等参数对薄膜微观结构的影响。结果表明，以取向性SrTiO₃为基底，当氩氧比为3∶1，基底温度为750℃，沉积时间为90 min，溅射功率为80 W时能够获得结晶较好、表面光滑、界面平整，厚度约为177 nm的(100)取向性BaTiO₃薄膜。通过优化工艺参数可以提高薄膜的质量和性能，为利用磁控溅射技术制备性能优异的压电薄膜奠定了基础。     

Cu电极保护膜层氧化铝的原子层沉积工艺研究

介绍了硅功率器件Cu电极保护钝化膜层氧化铝的制备方法。采用热法ALD工艺和等离子增强ALD工艺在铜上沉积氧化铝薄膜,研究了不同ALD工艺、氧化剂种类、沉积温度和载气对氧化铝膜层质量及铜抗氧化保护效果的影响。结果表明：氧化剂对原子层沉积氧化铝薄膜的质量和铜电极的保护性能起着决定性作用;以臭氧(O₃)作为氧化剂,氧化铝薄膜极易脱落,与铜表面的结合力很差;以氧等离子体(O-)作为氧化剂,铜表面被氧化形成了氧化铜(CuO_x)层;而以水蒸气(H₂O)作为氧化剂,在低温100℃下,得到的Al₂O₃薄膜致密,无明显缺陷,且与铜金属层的结合力较优,对铜抗氧化保护效果良好;当沉积温度高于200℃时,原子层沉积氧化铝薄膜的缺陷明显增多;等离子增强ALD工艺中,当载气为Ar时,所得氧化铝膜厚度不均匀,铜电极发生强烈氧化。     

FeCoNiMoCr高熵合金薄膜电极的电催化析氧性能

用磁控溅射法在Ti基底上沉积了FeCoNiMoCr高熵合金薄膜并制成电极,用SEM和EDS观察和分析了电极表面和横截面的形貌和元素分布,用表面轮廓测量仪测量了电极的表面粗糙度,用XRD分析了电极的物相和结构,使用电化学工作站表征了电极的电化学性能。结果表明,电极的表面粗糙、元素分布均匀,电极上的膜厚约为2.40 μm,薄膜呈非晶态。电极在碱性溶液中表现出良好的析氧性能和稳定性。在电流密度为10.0 mA/cm²条件下,过电位为360 mV、Tafel斜率为73.45 mV/dec。在过电位为360 mV的条件下连续使用24 h,电流密度没有明显的衰减。循环伏安实验和电化学阻抗分析的结果表明,FeCoNiMoCr高熵合金薄膜本征催化活性的提高使电极的电催化析氧性能优于贵金属RuO₂(过电位为409 mV,Tafel斜率为94.18 mV/dec)。     

PECVD下基底温度对SiC薄膜形态、成分及生长速度的影响

在单晶Si和多晶Cu基底表面上使用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)方法沉积了SiC薄膜. 通过高分辨透射电子显微镜(HRTEM)、X射线光电子能谱仪(XPS)及扫描电子显微镜(SEM)研究基底温度对SiC薄膜成分、结构及生长速度的影响规律。结果表明: 在60~500℃基底温度下制备的SiC薄膜均为非晶态薄膜, 薄膜的生长速度随基底温度的升高而线性降低, 并且在相同沉积条件下, 薄膜在Si基底上的生长速度要高于Cu基底。此外, 薄膜中的硅碳原子比随基底温度的升高而降低, 当基底温度控制在350℃左右时, 可以获得硅碳比为1:1较理想的SiC薄膜。     

氧等离子体辅助脉冲激光沉积法制备PMN-PT薄膜的微观结构和电学性能

采用氧等离子体辅助脉冲激光沉积方法(PLD)在硅衬底上, 制备出高度(001)取向的钙钛矿相结构钛铌镁酸铅(PMN-PT)薄膜. 研究了氧等离子体辅助对PMN-PT薄膜相结构、微观形貌和电学性能的影响. 结果表明, 通过在薄膜沉积过程中引入高活性的氧等离子, 可以有效地提高PMN-PT薄膜的结晶质量和微观结构. 未采用氧等离子体辅助PLD方法制备PMN-PT薄膜的介电常数(10 kHz)和剩余极化(2P_r)分别为1484和18 μC/cm², 通过采用氧等离子体辅助, 其介电常数和剩余极化分别提高至3012和38 μC/cm².     

不同基底上SiO2薄膜的显微结构和力学性能

用电子束蒸发技术在K9玻璃及两种不同取向的钇铝石榴石(Y₃Al₅O₁₂, 简称YAG)晶体上沉积了SiO₂薄膜, 采用X射线衍射仪和纳米划痕仪对薄膜显微结构和力学性能进行了研究。实验结果表明: 薄膜在K9 、YAG(100) 和YAG(111)基底上分别呈现非晶态和多晶态; 沉积在不同基底上的薄膜的弹性模量并无明显差异; SiO₂薄膜在K9和YAG基底上呈现不同的划痕破坏模式, 并且YAG晶体上薄膜的粘附失效临界附着力远远小于SiO₂薄膜与K9基底的附着力。本文从薄膜的结构和弹性模量两方面分析解释了不同基底上薄膜的力学行为。     

衬底温度和生长氧压对La0.67Sr0.33MnO3:Ag0.08薄膜激光感生电压效应的影响

通过化学共沉淀法制备了La_0.67Sr_0.33MnO₃:Ag_0.08 (LSMO:Ag_0.08)多晶材料, 然后采用脉冲激光沉积(PLD)技术在LaAlO₃ (LAO)倾斜衬底上制备了LSMO:Ag_0.08薄膜。研究了衬底温度和生长氧压对薄膜结构、电输运特性及激光感生电压(LIV)效应的影响。结果表明: 当衬底温度为790℃、生长氧压为45 Pa时, 薄膜具有最大峰值电压(U_p)、优值(F_m)和各向异性Seebeck系数(ΔS); 在优化的衬底温度和生长氧压条件下, 长程Jahn-Teller协变引起ΔS数值提高, 这是LIV信号增强的主要原因。     

高效CdS量子点敏化B/S共掺杂纳米TiO2太阳能电池的制备及光电性能研究

采用水热法制备硼硫(B/S)共掺杂纳米二氧化钛(B-S-TiO₂), 并配制成浆料, 利用丝网印刷技术在FTO导电玻璃上制备B-S-TiO₂薄膜; 用化学浴沉积(CBD)法制备了CdS量子点敏化B-S-TiO₂薄膜电极, 并用X射线衍射(XRD)、电子显微镜(TEM)、元素分析能谱(EDS)和紫外-可见光谱对其进行表征分析; 结果显示: B/S共掺杂不会改变TiO₂的晶型, 掺杂后的TiO₂吸收边带发生明显红移, 吸收强度显著增强; 同样用化学浴沉积的方法制备NiS工作电极, 用改性的聚硫化物((CH₃)₄N)₂S/((CH₃)₄N)₂S_n)电解液, 组装CdS量子点敏化硼硫(B/S)共掺杂纳米二氧化钛(B-S-TiO₂)太阳能电池, 并测试电池光电性能。测试结果表明, 在AM1.5G的照射下, 电池的能量转化效率(η)由3.21%增大到3.69%, 提高了14.9%, 电池获得高达 (V_oc)1.218 V的开路电压和3.42 mA/cm²的短路光电流(J_sc), 以及高达88.7%的填充因子(ff)。     

Cu2O薄膜的制备与表征

以透明导电玻璃ITO和铜片为工作电极,用0.1mol/L乙酸铜和0.02mol/L乙酸钠的混合溶液作为电解液,通过两电极电化学沉积方法制备了Cu2O薄膜。讨论了pH值和沉积电位对Cu2O薄膜的影响,利用X射线衍射仪(XRD)、场发射扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)对薄膜进行表征。结果表明,两电极电化学沉积法制备Cu2O薄膜最佳的pH值为5.7～5.9,沉积电位为1.1～1.3V。此外,分析了沉积电位对Cu2O薄膜形貌的影响。     

溅射功率对磁控溅射法制备MgF2薄膜组织和性能的影响

为了减少磁控溅射法沉积MgF₂薄膜的F贫乏缺陷, 在工作气体Ar₂中加入SF₆作为反应气体, 在石英玻璃衬底上用射频磁控溅射法制备了MgF₂薄膜, 研究了溅射功率对MgF₂薄膜化学成分、微观结构和光学性能的影响。结果表明, 随着溅射功率从115 W增加到220 W, F: Mg的原子比不断增加, 185 W时达到2.02, 最接近理想化学计量比2 : 1;薄膜的结晶度先提高后降低, 最后转变为非晶态; MgF₂薄膜的颗粒尺寸先是有所增加, 轮廓也变得更加清晰, 最后又变得模糊。MgF₂薄膜的折射率先减小后增大, 在185 W时获得最低值, 550 nm波长的折射率1.384非常接近MgF₂块体晶体;镀膜玻璃在300~1100 nm范围内的透光率(以下简称薄膜透光率)先增大后减小, 185 W时达到94.99%, 比玻璃基底的透光率高出1.79%。     

PECVD工艺参数对双层SiNx薄膜性能的影响

采用PECVD法在多晶硅基底上沉积双层SiN;薄膜,研究了工艺参数对其膜厚、折射率、沉积速率、HF腐蚀速率及光电性能等的影响,并提出了优化的SiNx减反膜PECVD制备工艺。研究发现：衬底温度、射频频率、射频功率、腔室压力对SiNx薄膜性能均有重要影响,且优化工艺后的双层SiNx薄膜能有效提高多晶硅太阳电池光电性能。     

用等离子体增强化学气相沉积制备微晶硅薄膜

以Ar+SiH_4作为反应气体,用电子回旋共振等离子体化学气相沉积(ECR PECVD)方法制备微晶硅薄膜,研究了微波功率对薄膜中H含量、薄膜的沉积速率、择优取向和结晶度的影响。结果表明,在300℃制备低温微晶硅薄膜,随着微波功率的增大,薄膜的沉积速率先增大后减小,微波功率为600 W时达到最大;而结晶度和薄膜中的H含量则分别呈现单调增大和单调减少的趋势;使用不同的微波功率,薄膜的择优取向均为(111)方向。     

单源热蒸发制备有机无机杂化CH3NH3PbI3薄膜及其性能表征

采用全真空单源热蒸发沉积技术直接制备钙钛矿太阳电池用有机无机杂化CH₃NH₃PbI₃薄膜。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能量色散谱仪(EDS)和分光光度计对制备的CH₃NH₃PbI₃薄膜微结构、表面形貌、化学成分和光学性能进行表征分析, 并与非真空旋涂法制备的CH₃NH₃PbI₃薄膜性能进行比较。结果表明: 单源热蒸发法制备的CH₃NH₃PbI₃薄膜呈现单一的钙钛矿四方晶体结构, 且与蒸发源材料的晶体结构同源性高, 没有出现杂质相偏析; 对比旋涂法制备的CH₃NH₃PbI₃薄膜表面均匀致密平整, 且薄膜结晶度更高; 单源热蒸发法制备的CH₃NH₃PbI₃薄膜禁带宽度为1.57 eV, 符合钙钛矿太阳电池吸收层光学性能要求。     

不同电极形式对掺镧钛酸铅铁电薄膜的介电性能的影响

采用射频磁控溅射技术在Si(100) 基底和Pt/Ti/SiO2/Si(100)基底上生长了掺镧钛酸铅[(Pb0.9,La0.1)TiO3, PLT10]铁电薄膜.用X射线衍射技术(XRD)研究了PLT10薄膜结晶性能.使用光刻工艺在Si(100) 基底的PLT10薄膜上制备了叉指电极,测试了PLT10薄膜的介电性能.在室温下,测试频率为1kHz时,PLT10薄膜的介电常数为386.而采用相同工艺条件制备的具有平行电极结构的PLT10薄膜, 其介电常数为365.但利用叉指电极测试的PLT10薄膜的介电常数和介电损耗随频率的下降比利用平行电极测试的PLT10薄膜的快些.这是因为叉指电极结构引入了更多的界面态影响的缘故.     

氧压对脉冲激光沉积LaNiO_3薄膜结构和电学性能的影响

通过改变氧分压,利用脉冲激光沉积方法在Si(100)衬底上制备了系列LaNiO3导电氧化物薄膜;经XRD测试研究发现,通过调控氧压,可获得具有高(100)取向薄膜,且氧压对薄膜结晶性有很大影响,在氧分压为7.5Pa时获得结晶性最好的薄膜。经XRF分析表明,La、Ni元素化学成分计量比随氧压增大而减小。经四探针法测试,薄膜电阻率最小为2.03×10-4Ω.cm,表现出了良好的金属导电性。经SEM和AFM分析表明,薄膜晶粒为柱状晶,排列均匀致密,薄膜表面均匀,粗糙度较小,表明LaNiO3薄膜可以用作一种良好的铁电薄膜底电极材料。     

阴极直接制备铜氧化物-SiO2复合薄膜及其电化学形成机理

以室温下制备出的n₍Cu²⁺)∶n₍Cit^3-)=2∶1的透明稳定的Cu(Ⅱ)-Cit^3--SiO₂复合溶胶为电解液，直接在氧化铟锡导电玻璃(ITO)阴极上电沉积得到铜氧化物-SiO₂复合薄膜。循环伏安(CV)和X射线衍射(XRD)结果表明，溶胶中Cu²⁺与吸附在电极上的SiO2溶胶共电沉积形成Cu₂O-SiO₂凝胶薄膜，XRD和计时安培(CA)结果表明，薄膜中的SiO₂量随过电位升高而减少。X射线光电子能谱(XPS)、XRD和能量色散X射线(EDX)结果表明，高过电位下，SiO₂和Cu(Ⅱ)借助析氢生成的OH^-共沉积，得到CuO/Cu₂O-SiO₂薄膜，这与扫描电子显微镜(SEM)图片显示的所得薄膜具有两种不同形貌的颗粒的结果一致。     

磷酸处理对多孔SiO2薄膜质子导电特性和双电层薄膜晶体管性能的影响

采用等离子体增强化学气相沉积法(PECVD)制备了多孔SiO₂薄膜, 系统地研究了不同浓度磷酸处理对多孔SiO₂薄膜的质子导电特性、双电层电容和以此多孔SiO₂薄膜为栅介质的铟锌氧(IZO)双电层薄膜晶体管性能的影响。结果表明: 多孔SiO₂薄膜的质子电导率和双电层电容随磷酸浓度升高而增大, 60%浓度磷酸处理后多孔SiO₂薄膜质子电导率和双电层电容分别达到1.51×10^-4 S/cm和6.33 μF/cm²。随磷酸浓度升高, 双电层薄膜晶体管的工作电压降低, 并且, 电流开关比也变大。其中60%浓度磷酸处理后器件工作电压为1.2 V, 迁移率为20 cm²/(V·s), 电流开关比为4×10⁶。这种双电层薄膜晶体管有望应用在化学和生物传感等领域。     

PECVD制备掺氮类金刚石薄膜的电化学特性

利用混合离子束系统,通过辉光放电等离子体增强化学气相沉积(PECVD)方法制备出类金刚石薄膜(DLC)和掺氮类金刚石薄膜(N-DLC),用可见拉曼光谱、X射线光电子能谱和扫描探针显微镜表征薄膜微观结构和表面形貌,采用电化学工作站测量了薄膜的电化学性能。结果表明,DLC薄膜的表面光滑致密、粗糙度低,掺氮增加了薄膜中的sp2团簇相并形成了C-N键,并使C-O键含量和薄膜表面的活性位点增加。N-DLC薄膜电极在硫酸溶液中的电化学势窗达4.5 V和较低的背景电流(0.3±0.2μA/cm2);在铁氰化钾溶液中电极的电流响应明显,表现为受扩散控制的准可逆过程。电极具有很好的重复性和稳定性。     

PECVD法制备石墨烯过程中不同生长阶段H2的作用分析

石墨烯作为一种性能独特的新型二维材料,在航空航天、电子器件、医学生物等领域具有巨大的发展潜力。采用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)法,以铜箔为基底,利用氢气和甲烷混合气体制备了石墨烯,研究了生长及冷却阶段H₂对石墨烯形核及生长的作用机理。结果表明：在PECVD过程中,石墨烯生长前采用H₂等离子体对铜基底预刻蚀会导致基底粗糙度增加,从而产生较多的形核位点,不利于低密度大尺寸石墨烯晶粒的生长;生长过程中H₂会对多层石墨烯刻蚀,较高的H₂流量下可以形成单层石墨烯;生长结束后通入H₂保温一定时间,石墨烯会被刻蚀成条带状,这种刻蚀随着保温时间的延长而加剧。