通过氧化Cu膜制备Cu_2O薄膜

通过热蒸镀Cu膜并在空气中退火制备Cu2O薄膜,利用X射线衍射(XRD)、能量分散X射线谱(EDX)和原子力显微镜(AFM)研究了已沉积和不同温度退火薄膜的晶体结构、成份和表面形貌。结果表明,Cu膜在200℃退火30分钟可以得到具有单一成份的Cu2O薄膜。四探针测量得到所制备的Cu2O薄膜电阻率为0.22Ωcm。用紫外可见光分光光度计(UV-vis)研究了Cu2O薄膜的光学特性,得出其光学带隙为2.4eV。     

溶胶-凝胶法制备AZO薄膜及Al掺杂机理的研究

采用溶胶-凝胶法和浸渍提拉法成功制备了Al掺杂ZnO薄膜(以下简称AZO薄膜)。用X射线衍射仪(XRD)、场发射扫描电镜(FE-SEM)、分光光度计、霍尔(Hall)测量仪,分别研究了不同Al的掺杂浓度对薄膜的结晶性能、微观形貌和光电性能的影响,探讨了Al的掺杂机理。结果表明,Al的掺杂存在最佳值,当Al掺杂摩尔浓度为5%时,AZO薄膜的结晶性能、微观形貌和光电性能最佳,其透光率在80%以上,电阻率为2.1×102Ω·cm,霍尔迁移率为0.23cm2/V·s,载流子浓度为7.81×1014cm-3。     

衬底温度对Al+N共掺p-ZnO薄膜性能的影响

目前,制备性能优异的p-ZnO薄膜的可重复性问题已成为制约ZnO基光电器件发展的一个主要因素.本文利用直流反应磁控溅射技术,以X射线衍射,霍尔效应测试,X射线光电子能谱及透射光谱为表征手段,研究了不同衬底温度对Al+N共掺p-ZnO薄膜电学、光学、结晶性能的影响,并从N2O的分解反应及衬底表面各种原子的迁移过程提出导致薄膜性能差异的原因.在最佳衬底温度(500℃)时,p-ZnO薄膜空穴浓度达2.52×1017cm-3,电阻率为28.3Ω·cm.     

退火处理对N掺杂Al:ZnO薄膜结构及性能的影响

采用射频磁控溅射方法,常温条件下以N2作为N掺杂源,在玻璃基底制备了N掺杂Al:ZnO薄膜。在真空氛围下对样品进行了不同温度的退火处理15 min。通过X射线衍射、霍尔效应测试、紫外-可见光谱和X射线光电子能谱(XPS)仪分析了退火对样品结构和光电性能的影响。结果表明真空400℃退火15 min时成功制备出性能优异的p型ZnO薄膜,其空穴载流子浓度为3.738×1020cm~(-3),电阻率为1.299×10~(-2)Ω·cm,样品可见光透射率达到了85%以上。XPS分析说明No受主缺陷的含量大于(N2)o施主缺陷导致薄膜实现了p型转变。     

铜薄膜上喷雾热解法制备CuInS_2薄膜

采用在真空蒸镀的Cu薄膜上喷雾热解InCl3和SC(NH2)2前驱液的方法,制备出CuInS2(CIS)薄膜。通过X射线衍射、紫外-可见分光光度计、扫描电子微镜和霍尔效应测试仪等仪器对薄膜进行了表征。研究表明,该方法制备出的CIS薄膜,表面均匀且无裂纹缺陷,薄膜内不存在CuxS、In2O3、In2S3等杂相。CIS薄膜为黄铜矿结构,可见光范围内吸收系数达到105cm-1。厚度506nm的CIS薄膜的禁带宽度为1.54eV。电阻率和载流子浓度分别达到10-1Ω·cm和1019cm-3,为p型半导体薄膜。     

氮气流量和退火处理对射频磁控溅射氮掺杂二氧化钛薄膜性能的影响

常温下利用TiO2陶瓷靶采用射频磁控溅射法在玻璃衬底上制备了N掺杂TiO2薄膜。利用光学轮廓仪、X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱仪分析(XPS)和分光光度计等对薄膜的沉积速率、化学组成、晶体结构和禁带宽度进行了系统研究。结果表明:磁控溅射N2流量和退火处理对薄膜的微观结构和性能有重要的影响。退火前,薄膜由非晶态TiO2构成;退火后,薄膜呈现锐钛矿相和金红石相的混合相。随着磁控溅射系统中N2流量的增加,退火前禁带宽度从3.19eV减少到2.15eV;退火后,薄膜由非晶相TiO2组织转化为锐钛矿TiO2和金红石TiO2构成的浑河相组织,禁带宽度相比退火前的非晶相TiO2薄膜略有增加。     

氧化铟薄膜制备及其特性研究

采用射频磁控溅射法在玻璃衬底上制备氧化铟薄膜,通过测试原子力显微镜、X射线衍射、X射线光电子谱、紫外可见分光光度计以及霍尔效应,研究了氧化铟薄膜的结构和光、电特性.实验发现,氧化铟薄膜表面粗糙度随着生长温度的升高而增大.X射线衍射结果表明薄膜为立方结构的多晶体,并且随着生长温度的升高,可以看到氧化铟薄膜的晶粒变大以及半高宽减小,这也说明结晶质量的改善.在可见光范围的透射率超过90%.同时,在氩气氛围下制备的薄膜迁移率最大,其电阻率、霍尔迁移率和电子浓度分别达到了0.31Ω.cm、9.69 cm2/(V.s)和1×1018cm-3.退火处理可以改善氩氧氛围下制备的薄膜的电学性能.     

玻璃衬底上氮-铟共掺ZnO的制备及表征

以醋酸锌水溶液为前驱体,分别以醋酸铵和硝酸铟为氮(N)源和铟(In)源,采用超声喷雾热分解方法在普通玻璃衬底上沉积了氮-铟(N-In)共掺杂ZnO薄膜.并采用X射线衍射,场发射扫描电镜、霍尔效应、透射光谱等分析方法,研究了N,In共掺杂和沉积温度对ZnO薄膜的晶体结构、成分及含量、形貌、电学性能、光学性能的影响.结果表明:通过氮-铟共掺杂,ZnO基薄膜具有良好的的电学性能,但是均为n型导电,与相关文献中的结果完全相反.     

沉积温度对N掺杂Cu_2O薄膜生长及光学特性的影响

利用反应射频磁控溅射技术,首次利用氧化铜作为溅射靶,在氮气和氩气的混合气氛下,制备出N掺杂的Cu2O薄膜。通过改变沉积温度,研究了氮掺杂Cu2O薄膜的结构特征和生长模式以及光学特性。研究结果表明低温沉积时,薄膜表现为比较强的（100）织构;随着沉积温度增加到500℃,薄膜逐渐转变为（111）织构,沉积温度增加导致的临界成核自由能的增加是决定薄膜织构特征的重要因素;原子力显微镜分析发现不同沉积温度的薄膜表面形貌的空间标度指数α〉1,属于表面扩散支配的薄膜生长机制;薄膜表面形貌的空间标度指数和关联长度随沉积温度的变化与薄膜织构度之间存在明显的关联;不同温度沉积的氮掺杂Cu2O薄膜的禁带宽度为（2.52±0.03）eV。     

Al-N共掺杂型ZnO薄膜的制备及其性能研究

采用溶胶-凝胶法制备了Al-N共掺ZnO薄膜.用X射线光电子能谱检测Al-N共掺杂情况;用X射线衍射仪、原子力显微镜、场发射扫描电镜、分光光度计、霍尔测量仪等分析测试手段,分别研究了Al-N共掺的掺杂浓度和热处理温度对薄膜的结晶性能、微观形貌和光电性能的影响.结果表明:在基质ZnO溶胶浓度为0.5mol/L,Al-N掺杂摩尔浓度为10%,热处理温度600℃下,Al-N共掺ZnO薄膜的结晶性能、微观形貌和光电性能最佳.     

工艺参数对直流溅射沉积CrAlN涂层结构和性能的影响

采用直流反应磁控溅射的方式,用AlCr合金靶,在高速钢(M2)上沉积CrAlN涂层。采用扫描电镜、X射线衍射、能谱和纳米压痕仪等分析和测量手段,系统研究了Ar/N2气流比、气压和基片温度等工艺参数对CrAlN涂层结构和性能的影响。研究表明,Ar/N2气流比、气压和基片温度对涂层均有较大的影响,当Ar/N2气流比为1、总气压为0.2 Pa、基片温度为300℃时所得涂层性能最好,最高硬度和弹性模量分别为34.8,434.3 GPa。     

氧化钒薄膜作为锂离子微电池阴极膜的磁控溅射技术的制备

研究了用磁控溅射系统来制备氧化钒薄膜,通过优化工艺条件制备出可用作锂离子微电池阴极膜的非晶态五氧化二钒（α-V2O5）薄膜。并使用X射线衍射（XRD）与X射线光电子谱（XPS）来表征薄膜的晶向及化学组分。结果表明通过调节氧气以及氩气的流量、基片的温度和溅射功率,可以制备出高纯度的α-V2O5薄膜。而且,半电池体系V2O5/LiPF6/Li被构造用于表征在锂电池中作为阴极膜的五氧化二钒（α-V2O5）的电学性质。在此电池系统经过10个循环放电后,薄膜放电电容趋于稳定值。     

O_2/Ar比例对直流脉冲磁控溅射制备TiO_2薄膜光催化性能的影响

利用直流脉冲磁控溅射方法在不同O2/Ar比例条件下制备具有不同结构、性能的TiO2薄膜,利用台阶仪、X射线衍射仪及紫外-可见分光光度计等仪器,对薄膜的结构、透光性能、光催化性能等进行表征。研究结果表明:TiO2薄膜的结构、光催化性能等强烈依赖于沉积过程中的O2/Ar比例。在低O2/Ar比例条件下制备的TiO2薄膜,薄膜处于O控制生长阶段,相应薄膜处于高速生长状态,薄膜经退火处理后形成锐钛矿(101)相择优取向结构,同时薄膜对甲基橙溶液降解率较低。随着O2/Ar比例的增加,薄膜生长速率逐渐降低,薄膜逐渐呈现多相混合生长,经退火处理后薄膜呈现锐钛矿(101)相与(004)相的混合相结构,相应薄膜对甲基橙溶液降解率增加,在O2/Ar比为6/14时,其对甲基橙溶液降解率达到最大值,为86.45%。继续增加O2/Ar比例,在高O2/Ar比例条件下,薄膜沉积速率较低,沉积离子有充足的驰豫时间释放自身能量以寻找低能位置,因此在薄膜沉积过程中主要形成能量最低的锐钛矿(101)相结构,经退火处理后薄膜呈现锐钛矿(101)相择优取向结构,在O2/Ar比为20/0时,薄膜对甲基橙溶液降解率下降至52.15%。     

氮掺杂对SnO2薄膜光电性能的影响

SnO2薄膜具有透明导电的特性,因而被制成透明电极而广泛应用于平板显示器和太阳能电池中。研究表明,经掺杂的薄膜具有更优异的光电性能,然而传统的掺杂元素Sb,Te或F较为昂贵且有毒性,因此,掺氮将有望解决上述问题。本文利用反应射频磁控溅射法制备出不同氧含量的SnO2以及氮掺杂SnO2薄膜,并分析了薄膜的形貌结构及光电性能。结果表明:薄膜沉积过程中氧分压和氮掺杂对薄膜性能影响较大。在SnO2薄膜中,晶粒呈包状形态,随着氧分压的增加,晶粒取向从(101)转向(110)方向,晶粒尺寸逐渐变小,可见光透光率提升到80%以上,光学带隙增加到4.05 eV;在氮掺杂SnO2薄膜中,晶粒呈四棱锥形态,晶粒取向为(101)方向,随着氧分压的增加,可见光的透过率同样提升到80%以上,光学带隙增加到3.99 eV。SnO2薄膜和氮掺杂SnO2薄膜的电阻率最低分别达到1.5×10-1和4.8×10-3Ω.cm。     

The effects of O2/Ar ratio on the structure and properties of hafnium dioxide (HfO2) films

HfO₂ films at various O₂/Ar flow ratios were prepared by reactive dc magnetron sputtering. The effects of O₂/Ar ratio on the structure and properties of HfO₂ films were studied using X-ray diffraction (XRD), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), atomic force microscopy (AFM) and UV-Visible spectroscopy. The results showed that the HfO₂ films were amorphous at different O₂/Ar ratios, and the atomic ratio of O/Hf in the HfO₂ films at high O₂/Ar ratio was nearly to 2:1. The peaks of Hf4f and O1s shifted to higher binding energy with increasing the oxygen flow proportion. The HfO₂ films at high O₂/Ar ratio had high transmissivity at the range of 400-1100 nm.     

溅射功率对射频磁控反应溅射制备的Ag2O薄膜微结构的影响

利用射频磁控溅射技术,通过调节溅射功率(P)在200℃、氧氩比为2∶3条件下在玻璃衬底上制备了一系列氧化银(Ag2O)薄膜。利用X射线衍射谱和扫描电子显微镜重点研究了P对Ag2O薄膜微结构的影响。研究结果表明Ag2O薄膜具有(111)择优取向,这可能归结于(111)面的表面自由能最低。随着P从120 W增大到240 W,Ag2O薄膜(111)方向的平均晶粒尺寸从22.92 nm增大到27.96 nm,薄膜的表面结构呈现了从均匀、致密的表面结构向疏松、多孔洞的表面结构的演变。Ag2O(111)衍射峰的2θ角与标准值偏差(2θshift)随P的增大先减小后增大,(111)衍射峰峰位向2θ增大的方向发生了明显的移动。根据量子尺寸效应,薄膜的应力与晶粒尺寸呈反比关系,因此薄膜的应力随P的增大先减小后增大。P=240 W时薄膜的应力最小。从应力的角度,这基本可以合理解释P=210 W时制备的Ag2O薄膜的结晶质量最好,尽管与实验结果有些差异。     

掺氮ZnO薄膜的制备及其光电性能

在保持氩气流量一定,通过改变O2与N2的流量比,以高纯锌为靶材,通过射频磁控溅射技术在石英玻璃衬底上生长氮掺杂ZnO薄膜。采用XRD、荧光光谱、扫描电镜及皮安表对薄膜的晶体结构、光学性能、表面和截面形貌及电学性能进行了表征。结果表明：氮掺杂ZnO薄膜仍具有高度的c轴择优取向;氮以受主杂质形式存在可有效降低薄膜的电阻率;薄膜中氮含量的相对变化是影响ZnO薄膜晶体质量和光电性质的重要因素。     

Thin films of TiO2:N for photo-electrochemical applications

Dc-pulsed magnetron sputtering from Ti target in reactive Ar+O2+N2 atmosphere was used to grow stoichiometric TiO2:N and non-stoichiometric TiO2-x:N thin films. X-ray diffraction at glancing incidence, atomic force microscopy AFM, scanning electron microscopy SEM, X-ray photoelectron spectroscopy XPS, and optical spectrophotometry were applied for sample characterization. Measurements of photocurrent versus voltage and wavelength over the ultraviolet uv and visible vis ranges of the light spectrum were performed in order to assess the performance of nitrogen-doped titanium dioxide thin films as photoanodes for hydrogen generation in photoelectrochemical cells, PEC. Undoped TiO2 and TiO2-x films were found to be composed of anatase and rutile mixture with larger anatase crystallites (25-35 nm) while the growth of smaller rutile crystallites (6-10 nm) predominated at higher nitrogen flow rates etaN2 as measured in standard cubic centimeters, sccm. Nitrogen-to-titanium ratio increased from N/Ti = 0.05 at etaN2 = 0.8 sccm for stoichiometric TiO2:N to N/Ti = 0.11 at etaN2 = 0.8 sccm for nonstoichiometric TiO2-x:N thin films. A red-shift in the optical absorbance was observed with an increase in etaN2. Doping with nitrogen improved photoelectrochemical properties over the visible range of the light spectrum in the case of nonstoichiometric samples.     

氧化银薄膜的微结构对其反射率和透射率的影响

保持150℃的衬底温度不变,通过调节氧氩比(OFR=[O2]/[Ar]),利用直流反应磁控溅射技术在玻璃衬底上制备了一系列氧化银薄膜。利用X射线衍射谱、扫描电子显微镜和分光光度计重点研究了薄膜的微结构对其反射率和透射率的影响。研究表明随着OFR的升高,氧化银薄膜呈现了从Ag+Ag2O多晶结构到Ag2O多晶结构的演变。薄膜的表面相应地呈现了从疏松的多孔结构到类金字塔结构的演变。较高的Ag2O含量和致密的表面形貌有利于薄膜可见和红外区的透光性,而较高的银含量和疏松的多孔结构则造成对光的强烈吸收,急剧地降低了薄膜的透射率和反射率。特别是在OFR为0.5条件下成功制备了具有(111)择优取向的Ag2O多晶薄膜,有效地将氧化银热分解的临界温度降低到200℃左右。     

Characterization of zirconium oxynitride films obtained by radio frequency magnetron reactive sputtering

Thin ZrN_xO_y films are deposited on Si (100) substrates by radio frequency (RF) reactive magnetron sputtering of a zirconium target in an argon-oxygen-nitrogen mixture. The Φ_N2/Φ_{(Ar + N2 + O2)} ratio was varied in the range 2.5%-100% while the oxygen flux was kept constant. The films were characterized by combining several techniques: X-ray photoelectron spectroscopy, X-ray diffraction and Secondary Ion Mass Spectroscopy. The relationship between structural and compositional properties and the sputtering parameters was investigated. Increasing nitrogen partial pressure in the gas mixture, a chemical and structural evolution happens. At lowest nitrogen flux, ZrN cubic phase is formed with a very small amount of amorphous zirconium oxynitride. At highest nitrogen flux, only crystalline ZrON phases were found. For the films obtained between these two extremes, a co-presence of ZrN and ZrON can be detected. In particular, chemical analysis revealed the co-presence of ZrO₂, ZrN, ZrON and N-rich zirconium nitride which is correlated with the Φ_N2/Φ_{(Ar + N2 + O2)} values. A zirconium nitride crystal structure with metal vacancies model has been considered in order to explain the different chemical environment detected by X-ray photoelectron spectroscopy measurements. The metal vacancies are a consequence of the deposition rate decreasing due to the target poisoning. It's evident that the growth process is strongly influenced by the zirconium atoms flux. This parameter can explain the structural evolution.