H2气氛退火处理温度对磁控溅射ZnO薄膜光电性能的影响

在室温下,采用直流磁控溅射法,以载玻片作为衬底,淀积出ZnO薄膜。在常压H2气氛中,以不同温度对样品进行退火处理。结果表明,在退火温度为500℃时,样品具有最佳综合光电性能,其在360～960nm波长范围内的平均透光率为76.35%,方块电阻为6.3kΩ/□。     

退火温度对溶胶-凝胶法制备TiO2薄膜的结构和光学特性的影响

采用溶胶-凝胶浸渍提拉法分别在氧化硅和石英衬底上制备TiO2薄膜,并以不同的退火温度保温30min。通过采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)及紫外-可见分光光度计,对TiO2薄膜的结构和光学性能进行了详细分析,并且进行了对甲基橙的降解实验。研究结果表明,随着退火温度的升高,薄膜的晶相由锐钛矿向金红石转变,转变温度在700～800℃之间。在该转变过程中,薄膜结晶程度良好,800℃时薄膜表面平整无开裂;随着热处理温度的升高,TiO2薄膜的吸收峰蓝移,紫外区吸收范围扩大。在800℃退火时,薄膜中所含锐钛矿TiO2为31.4%(质量分数)。此时薄膜表现出最高的甲基橙降解率。     

退火温度对Ta2O5薄膜光学和表面特性的影响

针对退火温度影响Ta₂O₅薄膜的光学和表面特性的问题，采用电子束蒸发技术在石英基底上制备了该薄膜，并将薄膜样品分别在200℃、400℃和600℃下进行退火。利用光谱仪测试了薄膜的透射率并反演计算得到薄膜的折射率和消光系数的变化规律，采用X射线衍射仪和原子力显微镜表征了薄膜的表面性能。研究表明，薄膜透射率曲线的峰值随退火温度升高而显著提升。随着退火温度升高，薄膜的折射率和消光系数均逐渐变大，表面粗糙度呈现下降的趋势，表面变得致密。退火前后薄膜均为非晶态。该研究为进一步提高Ta₂O₅薄膜的性能提供了试验数据。     

Bi2O3薄膜的制备及其电阻开关特性的研究

电阻式存储器由于具有众多的优点有望成为最有前景的下一代高速非挥发性存储器的选择之一.实验利用射频磁控溅射法在重掺硅上沉积了Bi2O3薄膜,并对该薄膜的结晶状态和Au/Bi2O3/n+Si/Al结构的电阻开关特性进行了研究.XRD分析结果表明,射频磁控溅射法沉积所得的Bi2O3薄膜结晶性能好,(201)取向明显.I-V曲线测试结果表明,Au/Bi2O3/n+Si/Al结构具有单极性电阻开关特性.通过对不同厚度Bi2O3薄膜的Au/Bi2O3/n+Si/Al结构I-V特性比较发现,随着薄膜厚度的增加,电阻开关的Forming、Set和Reset阈值电压均随之增加.对于Bi2O3薄膜厚度为31.2 nm的Au/Bi2O3/n+Si/Al结构,其Forming、Set和Reset阈值电压均低于4 V,符合存储器低电压工作的要求.     

Ti靶及TiO2靶溅射TiO2薄膜微观形貌、结构及光学性质研究

利用射频磁控溅射技术通过Ti靶及TiO2靶在氩氧气氛中同时溅射制备TiO2薄膜,并对所得的样品进行不同温度的退火处理。采用X射线衍射、扫描电子显微镜、拉曼光谱和吸收谱研究了不同的靶材及退火温度对TiO2薄膜晶体结构、微观形貌及光学性质的影响。结果表明:由于靶材的不同,Ti靶溅射时氧分压较低,造成薄膜中存在大量的氧缺陷,晶相发育不完善,颗粒相比TiO2靶溅射时较小,从XRD和拉曼光谱来看,Ti靶溅射得到的TiO2薄膜更有利于金红石相的形成。薄膜的透过率随退火温度的升高而降低,TiO2靶材溅射的薄膜的光学带隙随温度升高而明显降低,而Ti靶得到的薄膜的光学带隙对退火温度的依赖关系不明显。     

热处理工艺对多孔TiO2薄膜光催化性能的影响

以十八胺为模板剂,采用溶胶-凝胶法在玻璃基体上制备了多孔TiO2薄膜,研究了热处理工艺对薄膜理化性质及光催化性能的影响。随煅烧温度和煅烧时间的增加,TiO2薄膜表面逐渐形成清晰的孔结构,晶粒尺寸增大。薄膜由锐钛矿型TiO2组成,Ti以Ti 4+的形式存在。制备的TiO2薄膜厚度在200nm左右,薄膜的UV-Vis透射率随煅烧温度的升高呈下降趋势,随煅烧时间的延长先下降而后又上升。多孔TiO2薄膜光催化降解甲基橙结果表明,随煅烧温度升高薄膜的光催化活性增加,在500℃煅烧2h制备的薄膜具有最佳的光催化活性。     

退火温度对P离子注入TiO2薄膜材料物理与生物学性能的影响

利用离子注入技术在TiO2薄膜中注入P元素,然后分别在不同温度进行退火处理,得到一系列钛氧化物掺杂材料.随着退火温度的上升,P注入的TiO2薄膜材料电阻降低,与水的接触角在70度左右波动.通过LDH及血小板粘附实验,发现高温退火样品的血液相容性得到改善.     

退火温度对二氧化钛薄膜结构和浸润性能的影响

采用多弧离子镀技术在玻璃上沉积单质Ti薄膜,利用稳压电源对单质Ti薄膜进行阳极氧化,随后在不同温度下对其进行退火处理,研究了退火温度对TiO₂薄膜结构和浸润性能的影响。利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、接触角测量仪分别测试薄膜样品的微观结构、表面形貌和浸润性。结果表明:退火处理使薄膜样品由处理前的非晶态转变成晶态,随着退火温度的升高,薄膜由锐钛矿相转变为金红石相;薄膜表面依次出现了螺旋线、纳米线、团絮状结构;接触角先增大后减小。退火温度为500℃时,薄膜样品的疏水性能最好,其接触角平均值最大,为121.78°。     

热处理温度对TiO2/SiO2复合气凝胶光催化性能的影响

采用溶胶–凝胶法在常压下经不同温度热处理制备了TiO2/SiO2复合气凝胶光催化剂,利用XRD、TGA和BET等手段对其微观结构进行表征,以甲基橙溶液光催化降解实验评价其光催化性能,研究了热处理温度对TiO2/SiO2复合气凝胶的微观结构及光催化性能影响规律.结果表明:随着热处理温度升高,TiO2/SiO2复合气凝胶中锐钛矿结晶度升高,晶粒尺寸增大,比表面积减小,使TiO2/SiO2复合气凝胶对甲基橙溶液的光催化降解活性呈现先升后降的变化趋势.当热处理温度为700℃左右,紫外光照20 min TiO2/SiO2复合气凝胶对甲基橙溶液的降解率达到95.4%.     

热处理工艺对TiO2纳米管阵列结构及其光电性能的影响

通过阳极氧化法在钛箔上制备了TiO2纳米管阵列,在不同热处理工艺下使其晶化.利用扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射(XRD)对TiO2纳米管阵列的形貌和结构进行了表征.结果表明,阳极氧化法制备的TiO2纳米管经450~750℃热处理后为纳米晶结构,平均晶粒尺寸随退火温度升高而增大,相同温度下氮气气氛中热处理的TiO2平均晶粒尺寸小于空气气氛中热处理的TiO2.氮气气氛下退火可拓宽TiO2由锐钛矿型(Anatase)向金红石型(Rutile)结构转变的热处理温度范围,650℃以上退火处理后,TiO2纳米管中掺杂有少量的氮.光照开路电位测试和稳态极化曲线测试结果表明,在氮气气氛中、经650℃退火处理2 h制备的TiO2纳米管阵列电极光电响应性能最佳,此时TiO2为锐钛矿型和金红石型的混晶结构.     

退火处理对TiO2薄膜结构和透射的影响

在常温下,采用射频反应磁控溅射方法在不同溅射功率下于K9双面抛光玻璃基底上制备二氧化钛薄膜.将制备的样品进行450℃退火6h热处理.利用X射线衍射仪(XRD)对比分析了退火前后薄膜的微观结构,采用光栅光谱仪测试了退火前后薄膜样品的透射谱.实验结果表明,退火前薄膜样品是非晶态,退火后薄膜晶化为晶态,但不同溅射功率下制备的薄膜结晶取向有差异;退火热处理对薄膜的折射率有一定影响,表现为退火前后透射谱偏移.     

室温下制备非晶ZnO薄膜及其电阻开关特性研究

室温下采用紫外固化的方法取代溶胶-凝胶方法中的高温退火制备了氧化锌薄膜, XRD分析结果表明薄膜为非晶的, XPS分析结果表明薄膜的主要成分是ZnO。在深紫外固化后的薄膜表面溅射Al作为顶电极获得Al/a-ZnO/FTO结构的器件,研究深紫外照射时间对器件电阻转变性能的影响, 进一步解释了深紫外固化的机制。研究表明: 经过充足时间(12 h)照射的器件表现出双极性电阻开关特性,阈值电压分布集中(-3.7 V<V_set<-2.9 V, 3.4 V< V_reset<4.3 V)且符合低电压工作的要求, 至少在4000 s内器件的高低阻态都没有发生明显的退化, 表现出了良好的存储器特性。Al/a-ZnO/FTO器件的这种电阻转变特性可以用空间电荷限制电流传导机制解释。     

膜层厚度对Ag/TiO膜透光隔热性能的影响

采用磁控溅射工艺制备了玻璃基Ag/TiO_2膜,并研究了膜层厚度对其透光隔热性能的影响。结果表明:当Ag膜厚度由6.7 nm增加到9.5 nm时,红外光的平均透过率由42.06%减小到7.70%,隔热温差由1.9℃增大到5.7℃,而可见光的平均透过率则呈现出先增加后减少的变化趋势,当Ag膜厚度为7.7 nm时,复合膜的可见光平均透过率达最大值,为70.85%;当Ti O_2膜厚度由4.1 nm增加到16.7 nm时,红外光的平均透过率由34.12%增大到38.28%,而可见光的平均透过率与隔热温差均呈现出先增大后减少的变化趋势,当Ti O_2膜厚度为10.4 nm时,复合膜的可见光平均透过率达最大值,为70.85%,而厚度为13.6 nm时,膜的隔热温差达最大值,为5.2℃。     

基于p-n导电转变的二氧化钛对CO高温感应性能的研究

研究了以金红石TiO2半导体材料为气敏材料的一氧化碳(CO)传感器在600~800℃之间的气敏性能.该传感器在测试温度600~700℃时对20~2000 mg/m3的CO(载气为氮氧混合物且氧气含量为2%~25%)表现出p型电导行为.随着测试温度从600℃升高至700℃,传感器的感应强度迅速下降到接近于1.当温度升高到750℃以上时,传感器再次出现对CO的感应强度并且表现出n型导电行为.随着温度升高到800℃,传感器对CO的n型感应信号进一步增强,表现出良好的高温感应性能.利用交流阻抗谱仪对该TiO2敏感材料的高温导电特性进行了研究,并初步讨论了TiO2在高温下对CO还原气氛的诱导导电性能变化的原因.     

Resistive Switching in Nanogap Systems on SiO2 Substrates

Voltage‐controlled resistive switching in various gap systems on SiO₂ substrates is reported. The nanoscale‐sized gaps are made by several means using different materials including metals, semiconductors, and amorphous carbon. The switching site is further reduced in size by using multiwalled carbon nanotubes and single‐walled carbon nanotubes. The switching in all the gap systems shares the same characteristics. This independence of switching on the material compositions of the electrodes, accompanied by observable damage to the SiO₂ substrate at the gap region, bespeaks the intrinsic switching from post‐breakdown SiO₂. It calls for caution when studying resistive switching in nanosystems on oxide substrates, since oxide breakdown extrinsic to the nanosystem can mimic resistive switching. Meanwhile, the high ON/OFF ratio (≈10⁵), fast switching time (2 µs, tested limit), and durable cycles show promising memory properties. The observed intermediate states reveal the filamentary nature of the switching.     

直流磁控溅射制备SnO2薄膜的阻变特性研究

采用直流磁控溅射法在Pt/Ti/SiO2基片上分别以三种不同的基板温度和后热处理工艺制备了二氧化锡(SnO2)薄膜。采用X射线衍射仪对三种薄膜的晶格结构进行了分析表征,通过Keithley 4200半导体参数分析仪对薄膜的阻变特性进行了测试。实验结果表明:三种制备条件下的SnO2薄膜均具有阻变性能,基板温度350℃和850℃退火处理分别制备的薄膜同时具有良好的写入/擦除电压分布一致性、较好的高阻态阻值离散性和较大的开关比。初步讨论了三种薄膜阻变特性的机理,薄膜内部导电细丝的形成和断裂程度不同造成三种薄膜高低阻态电阻分布不同,同时影响了写入与擦除阈值电压的分布一致性等阻变参数。