Ag层厚度对AZO/Ag/AZO薄膜性能影响的研究

透明导电薄膜广泛应用于太阳能电池、触控面板、液晶显示等领域。本文采用磁控溅射法制备AZO/Ag/AZO透明导电薄膜，研究Ag层厚度对AZO/Ag/AZO透明导电薄膜光电性能的影响。结果表明，AZO薄膜是具有六方晶系ZnO纤锌矿结构的多晶相。当Ag层厚度增加时，AZO/Ag/AZO薄膜的（002）衍射峰略向较高的角度移动且半高宽略微增大，晶粒尺寸和晶面间距减小。AZO/Ag/AZO薄膜的电阻率，方块电阻，光学透射率与Ag层的厚度密切相关。随着Ag层厚度的增加，电阻率减小，透射率减小。品质因数表明，其中Ag层厚为5nm的AZO/Ag/AZO三层薄膜具有较好的光电性能。     

ITO/Ag光子晶体薄膜的制备及性能

考虑材料的电磁屏蔽特性和可见光透过的矛盾,设计了以铝/氧化铟锡(Ag/ITO)为周期的光子晶体薄膜以实现电磁屏蔽和可见光透过的兼容。首先根据电磁屏蔽和可视的双重需求,优化了光子晶体的组份并对其性能进行了研究。接着采用磁控溅射方法制备了以Ag/ITO为周期的光子晶体薄膜,并对光子晶体薄膜的屏蔽和可见光透光率进行了测试和分析。实验结果表明:这种光子晶体薄膜在金属Ag总膜厚大于可见光趋肤深度而远小于微波波段趋肤深度时,在可见光波段的最高透光率高达55%,而在微波x频率段的屏蔽性能最高可达65dB。通过结构设计,使薄膜的可见光透光率曲线与人眼的敏感曲线相吻合。随着每个周期Ag膜层的厚度增加,方阻相应降低,微波屏蔽性能相应提高。随着周期数的增加,薄膜的可见光透光率没有相应降低、屏蔽性能没有相应提高。设计的光子晶体薄膜在30 MHz~18GHz较宽波段的屏蔽性能均大于40dB。这种设计方法为材料的电磁屏蔽和可见光透明兼容开辟了一条新的技术途径。     

铜层厚度及退火温度对ZnS/Cu/ZnS复合薄膜显微结构与性能的影响

采用磁控溅射技术制备了不同铜层厚度的ZnS/Cu/ZnS复合薄膜,并在不同温度(100~300℃)下对其进行退火处理,研究了铜层厚度和退火温度对复合薄膜物相、表面形貌、透光率和表面电阻等的影响。结果表明:随着铜层厚度增加,复合薄膜的表面粗糙度逐渐减小后趋于平缓,方块电阻逐渐下降;当铜层厚度为16nm时,复合薄膜的最高透光率最大为87%,方块电阻为62.5Ω;随着退火温度升高,复合薄膜中ZnS层结晶性增强,表面出现颗粒团簇;在100℃退火后,铜层厚度为16nm的复合薄膜的最高透光率为89%,方块电阻为46.3Ω。     

氧氩比对ZnO薄膜晶体结构和导电性能的影响

探讨氧氩比对ZnO薄膜晶体结构和导电性能的影响。利用直流反应磁控溅射法在硅衬底上沉积C轴择优取向的ZnO晶体薄膜,在其他反应条件不变的情况下,改变氩氧比,测量了样品的晶体结构和导电性能。随着反应气氛中氩气含量的增加,(002)面衍射峰的强度有所提高,说明薄膜的结晶质量有所改善,衍射峰略向θ角减小的方向移动。随着反应气氛中氩气含量的增多、氧气含量的减少,ZnO薄膜的方块电阻明显减小,说明薄膜的电阻率随反应气氛中氩气的增加而明显减小。     

反应磁控溅射法制备ZnO/Al(O)/ZnO薄膜的光学和电学性能

采用反应磁控溅射法,通过控制中间层沉积时的氧气流量,在聚对苯二甲酸乙二醇酯基底上制备了ZnO/Al(O)/ZnO薄膜,研究了氧气流量对Al(O)薄膜的微观形貌、表面粗糙度,以及对ZnO/Al(O)/ZnO薄膜光学和电学性能的影响。结果表明:随着氧气流量的增加,铝在ZnO薄膜表面由三维岛状生长转变为二维层片状生长,Al(O)薄膜表面粗糙度先增大后减小再增大,当氧气流量为6.7×10~(-3)cm~3·s~(-1)时最小;随着氧气流量的增加,ZnO/Al(O)/ZnO薄膜在较长波长范围内的透过率增大,方阻增大,霍尔迁移率和载流子浓度下降;综合考虑光学和电学性能,适宜的氧气流量为6.7×10~(-3)cm~3·s~(-1)。     

薄膜厚度对直流脉冲磁控溅射Mo薄膜光电性能的影响

采用直流脉冲磁控溅射方法在SLG衬底上沉积CIGS太阳电池背接触Mo薄膜,研究了薄膜的光学和电学性能随厚度的变化关系。结果表明,随着薄膜厚度的增加,薄膜的电阻率先降低后增加,在厚度284.3nm处电阻率最低,为7.3×10-4Ω.cm。不同厚度的Mo薄膜在各个波长处(200~840nm)反射率都随波长的增加而增大。随着薄膜厚度的增加,平均反射率总的呈下降趋势,在薄膜厚度284.3nm时出现一反射率高峰,其在200~840nm波长范围内的平均反射率达43.33%。     

基于ZnO压电薄膜的柔性声表面波器件

提出并制备了基于聚酰亚胺柔性衬底的声表面波(SAW)器件。在柔性聚酰亚胺衬底上低温反应磁控溅射沉积了ZnO压电薄膜;采用X射线衍射仪,扫描电子显微镜,原子力显微镜等设备对ZnO薄膜进行了检测,结果表明:ZnO薄膜晶粒呈柱状生长并且(002)择优取向,膜粗糙度小于9nm,适合制作压电器件。在柔性衬底上制备了基于ZnO压电薄膜的SAW器件,该器件表现出良好的谐振性能。采用矢量网络分析仪检测器件的传输曲线,实验结果与仿真结果具有很好的一致性。随着波长减小,谐振频率和相速度增加,当ZnO厚度为4μm,波长为8μm时,器件的谐振频率为268MHz,相速度为2 144m/s,机电耦合系数为1.1%;当ZnO厚度增加时,此叠层结构的声表面器件的叠层声速也增加。     

磁控溅射法制备用作铜互连阻挡层的钛-铝薄膜

采用射频磁控溅射法在Si(100)基片上首先沉积了厚度40 nm的非晶钛-铝薄膜,然后在其上又原位生长了厚度100 nm的铜薄膜,制备了铜膜/钛-铝膜/硅试样;对试样分别在400～800℃内进行真空退火处理,用原子力显微镜、X射线衍射仪、四探针测试仪对试样的表面形貌、结晶状态及方块电阻进行了分析.结果表明:当退火温度低于750℃时,试样表面平整,表面粗糙度和方块电阻均较小且基本不随退火温度的升高而改变,此时,非晶钛-铝薄膜能够起到阻挡铜向硅中扩散的作用;当退火温度在800℃时,试样的表面粗糙度和方块电阻急剧增大,此时,非晶钛-铝薄膜已经不能起到阻挡层的作用.     

磁控溅射法制备的五氧化二钒薄膜光电特性

利用射频磁控溅射方法,选取溅射时间为15,25,30和45min,在蓝宝石衬底上沉积了V2O5薄膜。研究了其他实验参量不变,溅射时间不同对薄膜结构、薄膜厚度、表面形貌、电学及光学性能的影响。实验结果表明,制备出的薄膜为单一组分的V2O5薄膜,其在(001)面有明显的择优取向。随着溅身时间的增加,结晶性能逐渐变强,晶粒尺寸也逐渐变大,而表面粗糙度值会逐渐降低;在晶体结构完整的基础上,随着溅射时间的增加,相变温度和经历的温度范围会逐渐增加,电学突变性能会降低。测试了薄膜在中红外波段的高低温透过率,结果显示:当膜厚为350nm,波长为5μm时,薄膜的透过率从25℃时的81%变为300℃的7%,变化幅度可达74%;所有薄膜相变前后透过率的比值均为9~13,表现出了非常突出的光学开关特性。     

真空紫外辐照对Lumogen薄膜损伤及光学性能的影响

为研究Lumogen(C₂₂H₁₆N₂O₆)薄膜在真空紫外波段的光致发光特性及辐照损伤,采用热阻蒸发法,以氟化镁为基底制备Lumogen薄膜。使用真空紫外荧光光谱仪、原子力显微镜(AFM)、扫描电子显微镜(SEM)、紫外?可见分光光度计等仪器分别对薄膜的光致发光特性、荧光强度衰减变化、表面形貌、透过率等进行测试与表征。实验结果表明,真空紫外波段的最佳激发波长为160 nm;发射峰宽为500~620 nm,峰值位置是在528 nm处;在160 nm激发波长持续辐照20 h后,发射峰位置的荧光强度由快及慢地从8.76衰减为0.83,整体下降了90.5%;薄膜表面的均方根粗糙度从10.96 nm增加到14.96 nm;160 nm真空紫外光的高光子能量使Lumogen分子中的荧光助色团-OH断裂,薄膜表面受损,造成不可逆的破坏;被真空紫外光持续辐照后的Lumogen薄膜在250~450 nm波段内的透过率下降了约50%。研究结果表明,Lumogen薄膜在持续高能真空紫外光辐照下,薄膜表面会造成损伤,光学性能会下降,为其在紫外探测器件及航空航天领域的应用研究提供一定参考。     

近红外消偏振反射镜的设计与制备

设计并制备了一种在45°斜入射条件下使用的金属Ag消偏振反射镜,这种反射镜可以实现对目标波长810nm和850nm光线的反射,并保持线偏光的偏振方向和偏振消光比。为了消除s和p两偏振分量的分离,在金属Ag膜层上方添加了介质多层膜结构,并利用软件对膜系的结构进行了优化,设计结果的能量和相位特性满足目标需求。介质多层膜选用TiO2和SiO2分别作为高、低折射率材料,薄膜的制备采用了离子束辅助沉积工艺,并利用石英晶体振荡监控膜层厚度。得到了消光比达到10000∶1以上的样品,实现了光学薄膜器件对能量和相位的控制,满足了偏振编码空间光通信试验的需求。     

Adhesion strength in laminated glazings containing multilayer solar control coatings

We report on the mechanical and optical properties exhibited by a five layer laminated glazing (glass/PVB/PET/PVB/glass) in which a 0.1 mm thick polyethylene-terephthalate (PET) sheet carries a 70?C110 nm CuS solar control coatings on either one or both sides of it and laminated with 0.38 mm clear polyvinyl-butyral (PVB) sheets in an autoclave at 135°C for 30 min under a pressure, 13 kg/cm². The CuS coating was obtained by chemical deposition at 28°C during 1 h (70 nm) or 2 h (110 nm). The optical transmittance (T) of these laminated glazing is less than 1% in the ultraviolet region; 17?C32% in the visible region, and 4?C12% in the infrared region, depending on the CuS film thickness and whether the PET sheet is coated on one or both sides. The specular reflectance (R) of the glazing in the visible region is similar to that of a monolithic glass: about 10%, but in the infrared it increases toward 20%. The mechanical properties were evaluated through a compressive test giving interfacial adhesive strength of the laminated: 1.5?C2 MPa for PET with a single side CuS coating and 3.4 MPa for the laminate with a PET coated on both sides.     

锑掺杂纳米SnO2透明导电薄膜的制备与性能研究

采用溶胶-凝胶法在Si片、已镀SiO2的钠钙硅玻璃和普通钠钙硅玻璃上镀Sb掺杂摩尔分数为8%的SnO2薄膜(ATO),在450℃热处理温度下对薄膜结构,电学、光学性能进行表征。结果表明:薄膜以四方金红石结构存在,结晶完全;方阻值随镀膜层数的增加而明显降低,12层时薄膜最低方阻值为129Ω/□,可见光平均透过率在75%以上。随着波长的增大,红外波段的反射率逐渐增大,从15%增加到55%左右。     

最小膜层厚度对X射线非周期多层膜光学性能的影响

选用能制备小周期的钨/硅(W/S i)作为膜层材料对,着重研究最小膜层厚度对X射线非周期多层膜光学性能的影响。基于矩阵法计算多层膜反射率和单纯形数值优化方法,设计了入射光子能量为8.0keV,掠入射角的宽度分别为0.85°~1.10°,1.40°~1.70°的X射线超反射镜。结合实际实验制备技术,考虑了W/S i两种膜层材料的最小成膜厚度,确定了膜堆中最小膜层厚度为0.5nm~1.0nm。通过改变最小膜层厚度的值,优化设计了上述条件下的非周期多层膜并对其光学性能进行比较。结果表明:同一个工作波长下,随着多层膜工作角度(掠入射)的增加,膜堆中膜层的厚度减小,最小膜层厚度对其光学性能的影响增加,其光学性能变差。     

TiAlN/AlON纳米多层涂层的微观结构和力学性能研究

通过磁控溅射制取一系列不同AlON厚度的TiAlN/AlON纳米多层涂层,并用X射线衍射、扫描电镜、高分辨透射电镜和纳米压痕仪分别对微观结构和力学性能进行表征和测量。研究表明:非晶态的AlON在厚度约小于1 nm时,在TiAlN模板作用下转变为晶体结构,并与TiAlN呈共格外延生长,出现超硬效应,当AlON厚度为0.7 nm时,硬度和弹性模量分别最高可达38.1 GPa和385.6 GPa。当AlON厚度超过1 nm时,逐渐转变为非晶结构并且破坏了多层涂层的共格外延生长,硬度随之降低。因此利用这种机制可以制备出力学性能好、耐高温氧化性的刀具涂层,满足现代切削的需要。     

NiC/Ti中子多层膜的微结构和界面研究

NiC/Ti中子超镜是一种高性能的中子多层膜光学元件,是提升中子导管、聚焦装置等中子光学系统的中子利用率的关键之一。为了提升NiC/Ti中子超镜的性能,本文面向具有不同厚度NiC膜层的NiC/Ti多层膜,分别采用X射线掠入射反射和X射线衍射的方法表征了NiC/Ti多层膜的膜层厚度、界面粗糙度和膜层晶向结构。研究结果表明:随着NiC膜层厚度的增长,除了在较小尺度(≤2.5nm),NiC-on-Ti界面的粗糙度基本保持不变;而Ti-on-NiC界面的粗糙度却呈现出较大的变化。具有不同厚度的NiC膜层的NiC/Ti多层膜的界面粗糙度呈现不对称性的变化,主要原因在于NiC膜层的微结构随着膜层厚度的增长而产生了变化。     

基于自适应模拟退火算法的薄膜特性参数计算方法研究

提出了根据测量得到的待测薄膜的透射率数据,采用全局优化算法—自适应模拟退火算法结合共轭梯度算法求解薄膜的光学特性参数。并对T a2O5单层薄膜的厚度及折射率进行测量计算。实验结果表明,计算得到的光学特性参数值与实测结果相一致,厚度误差小于3nm,在540nm处折射率误差小于0.02。该方法具有操作简单、无损测量、计算速度快、精度高等优点,具有相当的实用性。     

Reducing Friction Force of Si Material by Means of Atomic Layer-Deposited ZnO Films

With excellent lubricating property, zinc oxide (ZnO) films are promising candidates to act as protective coatings in Si-based microelectromechanical system devices for the purpose of decreasing friction forces of silicon (Si) material. In this paper, the nanotribological behavior of ZnO films prepared by atomic layer deposition on a Si (100) substrate is investigated by an atomic force microscope. The ZnO films have various thicknesses ranging from 10.0 to 182.1 nm. With the increase of film thickness, the root-mean-square roughness of the films increases, while the ratio of hardness to Young’s modulus (H/E) decreases. Due to their large surface roughness, the thick ZnO films are low in adhesion force. The friction force of the ZnO films is smaller than that of the Si (100) substrate and is greatly influenced by their adhesion force and mechanical property. In a low-load condition, the friction force is dominated by the adhesion force, and thus, the friction force of the ZnO films decreases as film thickness increases. While in a high-load condition, the friction force is dominated by plowing. Films with higher H/E possess smaller friction force, and thus, the friction force increases with the decreasing film thickness.     

Influence of Mg doping on the morphology and optical properties of ZnO films for enhanced H2 sensing

Highly oriented ZnO and Mg doped ZnO thin films were fabricated on Al₂O₃ substrate by sputtering at room temperature. The effect of Mg doping on the structural, optical, and morphological properties of ZnO film was investigated. The intensity of (002) peak in X‐ray diffraction measurements revealed the influence of Mg doping on the crystallinity and orientation of ZnO film. Photoluminescence (PL) results show that the Ultraviolet (UV) emission peak was shifted to lower wavelength side for Mg:ZnO film indicating the possibility for quantum confinement. UV–vis–NIR optical absorption revealed an improvement in optical transmittance from 70 to 85%, and corresponding optical band gap from 3.25 to 3.54 eV. Atomic force microscope (AFM) images revealed the nano‐size particulate microstructure of the films. The surface topography of Mg doped ZnO film confirmed decreased grain size with large surface roughness and increased surface area, favorable for sensing. Pure ZnO and Mg doped ZnO film were used as active layer and tested for its sensing performance to hydrogen. Compared to undoped ZnO, 22 at.% Mg doped ZnO film showed much higher sensor response to H₂ at a concentration as low as 200 ppm and at a lower operating temperature of 180°C. A linear sensor response was observed for H₂ concentration in the range of 100–500 ppm. Microsc. Res. Tech. 76:1118–1124, 2013. © 2013 Wiley Periodicals, Inc.