锆钛酸钡(BZT)电子结构的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论(DFT)的赝势平面波法,对Zr掺杂BaTiO3(BTO)的电子结构进行了第一性原理研究.结果表明,纯四方相钛酸钡的禁带宽度为1.863eV;随着锆含量的增加,锆钛酸钡(BZT)的总态密度向高能量方向移动且禁带宽度逐渐增大,导电性能降低,介质损耗减小.     

退火处理对Y2O3薄膜结构和光学性能的影响

采用射频磁控溅射法以Y2O3陶瓷为靶材在单晶si(Ⅲ)和石英表面制备了Y2O3薄膜.利用X射线衍射(XRD)仪、扫描电子显微镜(SEM)、紫外-可见(UV-VIS)光谱仪和傅立叶变换红外(FTIR)光谱仪对真空退火前后Y2O3薄膜的结构和光学性质进行了分析研究.结构研究表明,在200℃条件下制备的Y2O3薄膜为非晶态,经600℃退火后出现单斜相,经800℃退火后薄膜完全转化为立方多晶,同时得到了不同晶面的晶粒尺寸;沉积态的Y2O3薄膜由球状颗粒排列组成,经800℃真空退火后薄膜为柱状晶.光学性质研究发现,真空退火后Y2O3薄膜的红外透过率显著下降;使用Tauc作图法得到不同结晶条件下的光学带隙,发现薄膜的光学带隙与结晶条件有关,并且退火后薄膜的光学带隙明显减小.     

退火温度对氢掺杂AZO薄膜热稳定性的影响

利用直流磁控溅射方法低温沉积了氢掺杂AZO(H-AZO)薄膜,研究了不同退火温度下H-AZO薄膜的电学、结构和光学性能的变化。结果表明,300℃退火时,H-AZO薄膜的电阻率和光学带隙不变。而400℃退火时,薄膜电阻由4.7×10~(-4)升高到1.43×10~(-3)Ω·cm,并且光学带隙减小。由于300℃退火时H-AZO薄膜的热稳定性好,将其用作低温制备薄膜太阳电池的透明导电膜具有很好的发展潜力。     

Al掺杂量对ZnO:Al薄膜微观结构和光电性能的影响

采用溶胶-凝胶法在玻璃基片上制备出不同Al掺杂量的ZnO:Al(ZAO)薄膜.系统研究了Al掺杂量对薄膜微结构和光电性能的影响.结果表明:溶胶-凝胶法制备的薄膜具有完好C轴择优取向,在可见光区的透射率均大于85%;随着Al掺杂量的增加,薄膜的平均颗粒尺寸减小,表面电阻率先降低后升高,薄膜的光学带隙宽变宽.在5%H2 95%N2气氛退火可显著降低薄膜电阻率,掺Al量为2%的薄膜具有最低电阻率5.5×10-3Ω·Cm.     

温度和电场对纳米晶钛酸钡陶瓷铁电性的影响

100nm是介于微米晶和纳米晶之间的重要临界尺寸,研究了平均晶粒尺寸为100nm的钛酸钡(BTO)陶瓷的微结构和铁电性能,分析了测试温度和外加电场对纳米晶钛酸钡陶瓷铁电性的影响。与超细纳米晶BTO陶瓷不同的是,100nm BTO陶瓷主要以四方相形式存在的;介电温谱显示,正交到四方相的相变具有典型的弥散特征,低温时介电损耗<0.02。此外,铁电性能测试表明,100nm BTO陶瓷具有良好的铁电滞后特征,随着电场的增加,能量损耗密度、剩余极化强度和矫顽场均增加;随着温度的升高,陶瓷的铁电性在逐渐减弱,高于居里温度时由铁电相转为顺电相,铁电性消失。实验结果表明,100nm BTO陶瓷的铁电性与测试温度和外加电场有着密切的关系。     

磁控溅射制备Al掺杂氮化铜薄膜研究

利用磁控共溅射方法在玻璃基底上制备出了Al掺杂Cu_3N薄膜,研究了其晶体结构、表面形貌、光学特性和电学特性。XRD结果表明Al掺杂没有引起峰位的明显变化,说明Al替代了Cu的位置或者进入晶界处,并且随掺杂含量升高,结晶度降低;扫描电子显微镜图像表明Al掺杂之后使得氮化铜晶粒形状变得不规则,晶界变得模糊,说明Al掺杂会抑制氮化铜晶体的生长;通过光学透射谱计算得到光学带隙,Al掺杂降低了氮化铜薄膜的光学带隙,并随着掺杂含量的增加而逐渐减小,实现了Al掺杂氮化铜薄膜光学带隙的连续可调,带隙减小源于Al外层电子的局域态进入氮化铜的带隙间,增加了中间态。同时四探针的测试也表明掺杂之后电阻率变小。     

掺镍对钛酸钡陶瓷结构及介电性能的影响

采用溶胶-凝胶(Sol-gel)法制备均匀掺镍钛酸钡纳米晶粉体及其陶瓷.通过XRD和SEM对掺镍钛酸钡粉体及陶瓷进行表征,并测定陶瓷的介电性能,主要研究掺镍量对钛酸钡陶瓷的相组成、显微组织和介电性能的影响.结果表明:采用Sol-gel法制得掺镍钛酸钡基纳米晶立方相粉体(25nm),经烧结后可得到四方相钛酸钡.氧化镍在钛酸钡陶瓷中的溶解限约为0.9 at.%(约为固相掺杂时的2倍);掺镍量低于此溶解限时,随着掺镍量的增大,陶瓷晶粒的长大趋势受到抑制,陶瓷的居里温度降低;当掺镍量高于此溶解限时,陶瓷晶粒长大,陶瓷的居里温度保持在85℃;随掺镍量的增加,陶瓷最大介电常数εm呈先增大后减小的趋势.     

Sb掺杂ZnTe薄膜结构及其光电性能

采用真空蒸发工艺在玻璃衬底上制备了ZnTe和掺Sb-ZnTe多晶薄膜,并在氮气气氛中对薄膜进行热处理.分别利用XRD、SEM、紫外-可见分光光度计、霍尔效应测试仪对薄膜的晶体结构、表面形貌、元素组成以及光学、电学性能进行表征,研究Sb掺杂量和热处理对薄膜性能的影响.结果表明:未掺杂薄膜为沿(111)晶面择优生长的立方相闪锌矿结构,导电类型为P型.Sb掺杂并未改变ZnTe薄膜晶体结构和导电类型,但衍射峰强度降低;Sb含量直接影响着Sb在ZnTe中的存在形式,掺Sb后抑制了薄膜中Te和Zn的结合,使薄膜中Te的含量增加;室温下薄膜的光学透过率和光学带隙取决于掺Sb浓度和退火温度,并且掺Sb后ZnTe薄膜的载流子浓度显著增加,导电能力明显增强.     

退火温度对ZnO:Al透明导电薄膜结构和性能的影响

采用溶胶-凝胶法(sol-gel)在普通载玻片上制备了ZnO∶Al薄膜,在200～600℃下退火.利用XRD、紫外-可见光-近红外分光光度计和电阻测试仪等分析方法研究了不同退火温度对薄膜结构和光电性能的影响.结果表明,退火温度在300℃以上,薄膜开始结晶,400℃以上,薄膜出现明显结晶,且沿(002)方向择优取向,随着退火温度升高,(002)峰的强度逐渐增强,晶粒尺寸逐渐增加;薄膜在可见光范围内的透过率均＞85%以上,退火温度高的薄膜在可见光范围内的透过率明显提高,光学带隙在3.32～3.54eV,且随着温度的升高而降低;薄膜的电阻率随退火温度的增高而有所降低,但是仍较高,在103俜cm量级.     

磁控溅射SiC薄膜及其光电特性研究

用射频磁控溅射法制备了SiC薄膜,并对其进行了退火处理.用AFM观察了薄膜的表面形貌,测量了薄膜的厚度与透射光谱.用J.C.Manifacier提出并由R.Swanepoel加以修正和完善的包络线法对薄膜透射光谱进行了分析计算,并结合Tuac公式确定了薄膜的光学带隙.结果表明:在不同射频功率下制备的薄膜均有较强的蓝紫光吸收特性,在低功率下可制备出表面平整,吸收系数小,光学带隙大的薄膜;退火处理后薄膜的吸收系数减小,光学带隙增大,晶粒向圆形转化且尺寸变大.     

钛酸镧铅薄膜的介电、铁电性能研究

采用溶胶－凝胶法在Si衬底上制备了钛酸镧铅薄膜。通过对膜进行XRD、SEM、介电和铁电性能测试，研究了退火条件和掺镧量对薄膜性能的影响，结果发现在600℃下退火1h的PLT薄膜呈现钙钛矿结构；常温下，薄膜的矫顽场和剩余极化强度都随着掺镧量的增加而降低，其介电常数和介质损耗却随掺镧量的增加而增大。     

Ge_(15)Ga_(10)Te_(75)薄膜的磁控溅射制备及性能的可控研究

采用磁控溅射法制备了Ge_(15)Ga_(10)Te_(75)薄膜,研究溅射工艺对薄膜结构与性能的影响,并分析了在不同热处理温度(200~280℃)退火后薄膜光学特性的变化。通过扫描电子显微镜、X射线衍射仪、显微拉曼光谱仪、分光光度计等测试手段对热处理前后薄膜样品的微观结构和光学特性进行了表征,结果表明,3次不同工艺下制备的沉积态薄膜组分与靶材偏差较小,且均是非晶态。沉积态薄膜的短波截止波长均在1μm左右;当退火温度(Ta)大于薄膜的玻璃转化温度(Tg)时,薄膜的光学带隙(Egopt)随着退火温度的增加而逐渐减小,沉积态薄膜的光学带隙分别为1.05,1.06和1.07eV,而在280℃退火后薄膜光学带隙分别降至0.38,0.42和0.45eV,以上3次实验结果表明,不同工艺下制备的Ge_(15)Ga_(10)Te_(75)薄膜组分均匀可控,热学和光学参数较一致。     

氮掺杂氟化非晶碳薄膜光学性质的研究

用射频等离子体增强化学气相沉积(RF-PECVD)法制备氮掺杂氟化非晶碳(a-C:F:N)薄膜.用紫外-可见分光光谱仪、椭偏仪、傅立叶变换红外光谱仪对薄膜进行了检测.结果表明:随源气体中氮气含量的增加,光学带隙先减小后升高,折射率变化情况与之相反.在其它条件相同的情况下,升高沉积温度使得薄膜的光学带隙和折射率降低.光学带隙的大小与sp2键含量密切相关,sp2键浓度越大,薄膜的光学带隙越小.     

FCVA法沉积的超薄类金刚石薄膜的结构与热稳定性

采用FCVA方法沉积了厚度分别为2nm、5nm、10nm和30nm的类金刚石薄膜.在氩气保护下对类金刚石薄膜进行了180、300、400和600℃,保温6h的退火处理.用Raman光谱和宽光谱变角度椭偏仪研究了DLC薄膜的结构和热稳定性.实验结果表明,随着薄膜厚度增大,FCVA法沉积的DLC薄膜中的sp3键含量增加,薄膜热稳定性逐渐改善.当DLC薄膜的厚度为30nm时,薄膜中的sp3键含量达到最高值,薄膜具有最好的热稳定性.当退火温度为600℃时,厚度为2nm和5nm的DLC薄膜结构由非晶态转变为微晶态;厚度为10nm和30nm的DLC薄膜结构发生转变但仍保持非晶态.随着退火温度的升高,各个厚度的DLC薄膜的光学带隙Eg均先增大后减小.     

钨掺杂PZN-PZT陶瓷的结构与压电性能的研究

用二次合成法制备了掺杂WO3的PZN-PZT压电陶瓷,研究了WO3对PZN-PZT陶瓷晶胞结构与压电性能的影响,结果表明钨掺杂促进PZN-PZT陶瓷的烧结致密化,于1100℃下形成晶界清晰,结构致密的陶瓷.钨掺杂引起晶格畸变,随着钨含量的增加,晶格常数a和c减小,四方度降低;对压电性能的研究表明随着钨含量的增加,PZN-PZT陶瓷的矫顽场Ec、自发极化强度Ps、机电耦合系数Kp和压电常数d33减小,介电常数ε和机械品质因数Qm增大,绝缘电阻率ρ先增加后减小;PZN-PZT陶瓷在WO3掺杂量为1.0%(质量分数)时具有最佳综合性能.     

常规烧结和微波烧结的钛酸钡陶瓷介电和铁电性比较研究

采用溶胶-凝胶法制备钛酸钡粉体作为原料,分别采用常规马弗炉和家用微波炉烧结成陶瓷,研究其晶体结构,比较了两种烧结方式制备的钛酸钡陶瓷的介电和铁电性。结果表明:溶胶-凝胶法制备的钛酸钡粉体为单一赝立方相;采用家用微波炉可烧结得到致密的、单一四方相的钛酸钡陶瓷;微波烧结制备的钛酸钡陶瓷在居里点处的介电峰值远低于常规烧结的钛酸钡陶瓷;微波烧结工艺可使钛酸钡陶瓷在低频下(<800 Hz)的介质损耗有一定程度的降低;微波烧结的钛酸钡陶瓷的剩余极化强度和矫顽场强较常规烧结小。     

后退火对射频磁控溅射法制备Mg掺杂Ga_2O_3薄膜性质的影响

本文采用双靶材交替溅射的射频磁控溅射法生长了高质量的Mg掺杂氧化镓薄膜,并将制备的样品在1000℃条件下进行后退火处理,以研究退火前后Mg掺杂Ga_2O_3薄膜的性质变化。XRD结果表明,退火后的(004)、(■)和(120)峰从无到有,(401)、(■)和(■)峰由强变弱,表明退火改变了Mg掺杂Ga_2O_3薄膜的结构。AFM结果表明,退火后的薄膜表面均方根粗糙度由1.3637nm增大到17.1133nm。EDS结果表明,退火处理后的Mg元素重量百分比有所提高。紫外可见透射光谱研究表明,退火前薄膜在200-1500nm波长范围内的平均光透过率较低,大约为80%,退火后平均光透过率明显提高到90%以上,此外薄膜光学吸收边蓝移,带隙宽度变大,表明退火有助于改善薄膜结构,增强光透性。光致发光谱实验结果表明,相比较退火处理后的薄膜,退火前的光致发光峰几乎可以忽略不计,这说明退火可显著改变Mg掺杂Ga_2O_3薄膜的光致发光特性。     

Pr掺杂ZnTe薄膜的结构及光学特性

利用真空蒸发的方法制备ZnTe多晶薄膜.并采用双源法对薄膜进行了稀土元素Pr的掺杂.用XRD、紫外可见分光光度仪、冷热探针对薄膜的性质进行了表征.结果表明,当原子配比Zn:Te:1:0.7,热处理温度T=500℃时,可制备较理想的ZnTe多晶薄膜.稀土Pr掺杂并未改变样品的物相结构,但使薄膜光吸收增大而光学带隙增大.     

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℃。     

原子层沉积低温制备高取向锐钛矿TiO_2薄膜

利用原子层沉积(ALD)法分别在Si和石英衬底上制备了Ti O_2薄膜,并在N2氛围下对Ti O_2薄膜样品进行退火处理。采用X射线衍射、原子力显微镜和场发扫描电子显微镜对不同退火温度下样品晶体结构、表面形貌进行了分析。利用紫外-可见分光光度计对不同退火温度下的Ti O_2薄膜进行了光学性能测试,并分析了退火温度对其光学带隙的影响。发现利用ALD方法制备的沉积态Ti O_2薄膜为高度择优取向的锐钛矿结构;当退火温度升高到600℃时,Ti O_2薄膜晶体结构类型仍为锐钛矿型,晶粒略有变大;退火态Ti O_2薄膜粗糙度比沉积态Ti O_2薄膜的粗糙度大,而且粗糙度随退火温度升高而增大。根据薄膜的透射光谱拟合了光学带隙,退火后薄膜禁带宽度略有变宽,吸收边缘发生蓝移。