溅射条件对ZnO:Al薄膜生长和性能的影响（英文）

采用中频磁控溅射法在玻璃基体上制备Al掺杂ZnO薄膜(AZO),分别利用扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)、X射线衍射仪(XRD)、分光光度计及霍尔测试系统研究不同沉积条件如样品台转速和靶-基距离对薄膜光学、电学、微观形貌及晶体结构的影响。XRD结果表明,所有AZO薄膜都呈c轴择优取向,薄膜的结晶度随着样品台转速的增大而降低,且晶粒呈非平衡状态生长。而在不同的靶-基距离时,薄膜具有相似的微观结构和表面形貌。当样品台转速为0、靶-基距离为7 cm时,AZO薄膜的光电性能最好,载流子浓度和霍尔迁移率分别为5.9×1020 cm-3和13.1 cm2/(V·s)。研究结果表明,样品台转速是影响AZO膜的结构和性能的主要因素。     

掺硼和掺磷的氢化纳米硅薄膜及其应用于类叠层太阳电池的研究

采用射频等离子体增强化学气相沉积法,制备了掺硼和掺磷的氢化纳米硅薄膜(nc-Si∶H),并将其应用于纳米硅薄膜类叠层太阳电池中。分析了薄膜样品的光学性能及表面形貌,结果表明:P型掺硼纳米硅薄膜的光学带隙为2.189 eV,电导率为8.01 S/cm,霍尔迁移率为0.521 cm2/(V.S),载流子浓度为9.61×1019/cm3;N型掺磷纳米硅薄膜的光学带隙为1.994 eV,电导率为1.93 S/cm,霍尔迁移率为1.694 cm2/(V.S),载流子浓度为7.113×1018/cm3;两者的晶粒尺寸都在3～5 nm之间,晶态比都在35%～45%之间,并且颗粒沉积紧密,大小比较均匀。制备了大小为20 mm×20 mm,结构为Al/AZO/p-nc-Si∶H/i-nc-Si∶H/n-nc-Si∶H/p-nc-Si∶H/i-nc-Si∶H/n-c-Si/Al背电极的纳米硅薄膜类叠层太阳电池,通过I-V曲线测试,其VOC达到544.3 mV,ISC达到85.6 mA,填充因子为65.7%。     

Zn掺杂CdO薄膜的溅射法制备和光电性能研究

目的通过向CdO薄膜中掺杂ZnO,在尽量不影响其电学性质的前提下,拓宽禁带宽度并改善性能。方法通过磁控射频溅射分别在玻璃基底和硅111基底上沉积了一系列Cd_(1-x)Zn_xO透明导电薄膜。利用XRD、紫外可见分光光度计和霍尔效应测量仪,测试了薄膜的结构、光学和电学性能。结果随着Zn掺杂含量的增加,薄膜结构会发生变化:x0.25时,薄膜结果为岩盐相;0.25x0.5时,薄膜结构为混合相;x0.5时,薄膜结构变成了纤锌矿相。掺杂Zn后,薄膜吸收边可以提升到3eV左右,同时其电阻率为6.69×10~(-4)?·cm,载流子浓度为7.92×10~(20) cm~(-3),与纯CdO薄膜电学性质相近。结论对CdO薄膜进行一定量的ZnO掺杂,可以在不影响其电学性质的前提下提高禁带宽度,从而使薄膜具有良好的光电性能。     

室温条件下射频磁控溅射法制备AZO薄膜的结构与光电性能（英文）

采用高致密度靶材在室温条件下玻璃衬底上RF磁控溅射制备铝掺杂氧化锌(AZO)薄膜。用X射线衍射仪、冷场发射扫描电子显微镜、紫外可见光分光光度计、四探针测试仪和霍尔测试仪分析表征薄膜的显微组织、表面形貌和光电学性能。结果表明,所制备的薄膜均为多晶六方纤锌矿结构,溅射功率对AZO薄膜的光电学性能,尤其是电学性能有重要影响。不同溅射功率下薄膜可见光平均透过率均大于85%,当溅射功率为200 W时,获得最小电阻率4.5×10~(-4)?·cm和87.1%的透过率。AZO薄膜禁带宽度随溅射功率不同在3.48~3.68 e V范围内变化。     

磁控溅射Al-Fe-Sn薄膜的电输运性能（英文）

在电子工业中,为了制备低电阻率的Al合金薄膜,需要对薄膜进行退火。虽然材料的电阻率与其电输运性能密切相关,然而到目前为止,对于铝合金薄膜的电输运性能研究甚少。本实验首先利用TEM对于磁控溅射铝合金薄膜的结构,特别是对其与基底界面处的结构进行了表征。在此基础上,利用霍尔效应测试了解界面状态的变化对于霍尔载流子浓度及迁移率的影响。结果表明,在退火过程中,薄膜与基底之间通过扩散形成紧密接触,从而使得合金薄膜同时具有较高的载流子浓度以及载流子迁移率。最后,利用一个新提出的能带模型,解释所观察到的界面变化对于电导率的影响。     

磁控溅射Al-Fe-Sn 薄膜的电输运性能

在电子工业中,为了制备低电阻率的Al合金薄膜,需要对薄膜进行退火。虽然材料的电阻率与其电输运性能密切相关,然而目前为止,对于铝合金薄膜的电输运性能研究甚少。 本文首先利用TEM对于磁控溅射铝合金薄膜的结构,特别是与基底界面处的结构进行了表征。在此基础上,利用霍尔效应测试了解界面状态的变化对于霍尔载流子浓度及迁移率的影响。 我们实验的结果表明, 在退火的过程中,薄膜与下层基底之间通过扩散过程形成紧密接触,从而使得合金薄膜同时具有较高的载流子浓度以及载流子迁移率。最后,利用一个新提出的能带模型,解释所观察到的界面变化对于电导率的影响。     

高迁移率的钛掺杂氧化铟薄膜在晶硅/非晶硅异质结电池上的应用研究（英文）

采用钛掺杂氧化铟旋转靶制备透明导电薄膜应用在晶硅/非晶硅异质结电池上。在不同氧含量下,研究钛掺杂氧化铟薄膜(T100薄膜)的光电性能,同时对比分析ITO薄膜。在电镜下T100薄膜呈现出柱状结构,并且展示出优异的光学性能。T100薄膜最大载流子迁移率可以达到75.6 cm~2·(V·s)~(-1)。相比于ITO薄膜,T100薄膜具有优异的电学传导和透光率,因此在异质结电池量产线上电池转换效率可以实现0.26%的提升。     

磁控溅射法制备Cu_2ZnSnS_4薄膜及其性能表征

利用磁控溅射法将Cu/Sn/Zn S前驱体沉积在钙钠玻璃基片上,再通过硫化该前驱体制备Cu2ZnSnS4薄膜。利用X射线衍射仪、拉曼光谱仪、扫描电子显微镜、能谱仪、霍尔效应测量系统和紫外可见分光光度计研究了Cu2ZnSnS4薄膜的微观结构、表面形貌、化学成分、电学和光学性能。结果表明,CZTS薄膜的微观结构依赖于硫化温度和时间。在480℃硫化3 h的薄膜为沿(112)晶面择优取向生长的纯相CZTS薄膜,该薄膜的禁带宽度是1.51 e V,其电阻率和载流子浓度分别为0.39Ω·cm和4.07×1017cm-3。     

高迁移率的钛掺杂氧化铟薄膜在晶硅/非晶硅异质结电池上的应用研究

采用钛掺杂氧化铟旋转靶制备透明导电薄膜应用在晶硅/非晶硅异质结电池上。在不同氧含量下,研究钛掺杂氧化铟薄膜(T100薄膜)的光电性能,同时对比分析ITO薄膜。在电镜下T100薄膜呈现出柱状结构,并且展示出优异的光学性能。T100薄膜最大载流子迁移率可以达到75.6 cm~2·(V·s)^-1。相比于ITO薄膜,T100薄膜具有优异的电学传导和透光率,因此在异质结电池量产线上电池转换效率可以实现0.26%的提升。     

柔性AZO/NiCr/Ag/NiCr/AZO透明导电玻璃结构对性能的影响

目的 室温制备柔性透明导电玻璃并提高其光电性能。方法 采用直流磁控溅射法，以柔性玻璃为基底，在室温下沉积(Aluminum-doped ZnO,AZO)/Ni Cr/Ag/NiCr/AZO多层结构透明导电玻璃。通过探针轮廓仪测试、X射线衍射仪(X-ray diffraction,XRD)测试、拉曼光谱仪测试、分光光度计测量、四探针测试和霍尔效应测试，分别获得了样品的各层薄膜厚度、X射线衍射图谱、拉曼光谱、透光率、方块电阻和电学性能。经过参数优化，选取Ag膜厚度为3～15 nm的样品，研究Ag膜厚度对玻璃样品的结构特征及光电性能的影响。结果 样品光电性能与Ag层厚度密切相关，随着中间Ag层厚度的增加，样品在380～760 nm波长范围内的平均光透光率先增加后降低，吸收边依次发生了红移，样品的方块电阻则随着Ag层厚度的增加单调减小。Ag膜厚度为12nm的样品综合光电性能最佳，其平均透光率为82.4%，载流子浓度为8.32×10²¹cm^-3，载流子迁移率为8.21 cm²/(V·s)，电阻率为9.15×10^-5     

氩气流量对掺铝氧化锌薄膜光电性能的影响

采用双靶射频磁控溅射沉积掺铝氧化锌(AZO)薄膜作为铜锌锡硫(CZTS)太阳能电池的低阻窗口层。研究了在溅射功率60 W、溅射时间30 min的工艺条件下,氩气(Ar)流量对AZO薄膜的结晶性、表面形貌、光透过率、电阻率、载流子浓度等光电性能的影响。结果表明,最优Ar气流量为22 cm~3/min,该流量下AZO晶粒大,结晶性能好,AZO薄膜的载流子浓度高,电阻率小,薄膜在400~1100 nm波长下的光透过率为87.2%。     

低温磁控溅射制备AZO薄膜及绒面研究

采用直流射频耦合磁控溅射技术,以氧化锌掺铝(AZO,2%Al_2O_3,质量分数)陶瓷靶为靶材,在玻璃基片上低温沉积AZO薄膜,并采用质量分数为0.5%的HCl溶液刻蚀制备绒面AZO薄膜,通过XRD、SEM、分光光度计、霍尔效应测试系统、光电雾度仪等设备重点研究工作压强对直流射频耦合磁控溅射制备AZO薄膜的晶相结构、表面形貌、光电性能以及后期制绒的影响。研究表明,直流射频耦合磁控溅射可以在低温下制备性能优异的AZO薄膜,且随着工作压强的减小,致密性增强,光电性能改善,后期刻蚀得到具有良好陷光作用的绒面结构。在工作压强0.5 Pa下,低温制备的AZO薄膜电阻率达到3.55×10~(-4)Ω·cm,薄膜可见光透过达到88.36%,刻蚀后电阻率为4.19×10~(-4)Ω·cm,可见光透过率89.59%,雾度达24.7%。     

ZnO:Al透明导电薄膜微观结构及电学性能研究

采用溶胶凝胶法制备ZnO:Al薄膜,研究掺杂浓度、热处理温度对薄膜的结晶性能、微观形貌以及电学性能的影响。用X射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对其物相、结构和形貌进行分析,霍尔效应测量系统测试薄膜的电阻率。分析表明:在溶胶浓度为0.6mol/L,Al掺杂浓度为1.0%,前期热处理温度与后期热处理温度在400～450℃区域内,ZnO薄膜表面致密,晶体颗粒均匀,(002)晶面取向性好,且其表面电阻率最低,为47.17·cm。     

ATO薄膜太阳能电池电极的磁控溅射沉积及其光电转换性能研究

以自制氧化锡锑(ATO)陶瓷靶材为原料,采用磁控溅射法于200℃、不同氧气流量(0~15 cm3/min)下,同时在石英玻璃基片和铜锌锡硫(CZTS)电池原件上制备了ATO薄膜电极。采用XRD、FESEM以及霍尔效应测试等手段研究了氧气流量对薄膜微观结构和光电性能的影响;采用太阳能效率测试仪测试了CZTS薄膜电池的光电转换效率。结果表明:氧气流量对薄膜的结晶度具有显著影响,从而影响其平均可见光透过率和电阻率。当氧气流量从0 cm~3/min上升至5 cm~3/min时,薄膜结晶性提高使得平均可见光透过率下降;同时,薄膜中Sb~(3+)向Sb~(5+)转变使得载流子浓度上升,电阻率下降。当氧气流量从5 cm~3/min上升至15 cm3/min时,薄膜结晶度降低,平均可见光透过率上升;而氧空位的急剧减少使得载流子浓度降低,电阻率上升。本实验所制备的ATO薄膜在氧气流量为5 cm3/min时具有最低电阻率6.84×10~(-3)?·cm,平均可见光透过率85.49%,同一时间在CZTS电池上制备的ATO薄膜电极与基底结合牢固,且该CZTS电池具有最佳光电转换效率1.47%。     

Li掺杂对Mn-ZnO薄膜结构, 电学和磁学性能的影响

利用磁控溅射法在Si(110)基片上制备了Zn0.95-xLixMn0.05O(x=0,0.05)薄膜,研究了Li掺杂对Mn-ZnO薄膜结构、电学和磁学性能的影响。XRD结果表明,样品薄膜具有高度的c轴择优取向,并且没有发现其他杂相。AFM表明,Li掺入Mn-ZnO使得薄膜颗粒均匀、质地致密。霍尔测试表明,Li掺入Mn-ZnO使载流子浓度增加,然而没有改变其n型导电类型。磁性测试表明,Li掺入Mn-ZnO使得室温铁磁性增强,可由束缚极化极子(BMP)模型解释。     

ZnO基薄膜载流子传输特性研究

通过对ZnO基薄膜的载流子传输特性研究,实现对ZnO基薄膜电学性能的控制,解决氧化锌薄膜中难于实现有效受主掺杂的困难,提供一种制备p型ZnO膜及其同质p-n结材料的新方法,以满足制备ZnO基短波长光电子器件的需要.采用超声喷雾热解法,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,在单晶硅衬底上沉积了氮-铟(N-In)共掺杂ZnO薄膜.采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、霍尔(Hall)效应、塞贝克(Seebeck)效应等分析方法,研究了N-In共掺杂对ZnO薄膜的晶体结构、电学和光学性能的影响规律.研究结果表明:所得ZnO基薄膜结构均匀致密,表面光滑平整.在优化工艺下制备了氮铟共掺杂的p型ZnO薄膜,电阻率约为1.0×10-3Ω·cm,载流子浓度约为1.0×1019/cm3.通过在p型ZnO薄膜上沉积未掺杂的n型ZnO薄膜,制备了ZnO同质p-n结薄膜.I-V曲线清楚表明了ZnO同质p-n结的正向导通、反向截止的整流效应.     

表面损伤层对Hg1-xMnxTe晶片电学参数的影响

采用范德堡法在77K下对多个Hg1-xMnxTe晶片化学抛光前后的电学性能进行了Hall测量。结果发现：与化学抛光后所测值相比，抛光前所测得的电阻率和霍尔系数值相对较小，而霍尔迁移率和载流子浓度相对较大，其中电阻率和霍尔迁移率在化学抛光前后变化幅度分别高达25％和31％，而霍尔系数和载流子浓度的变化幅度只有2％左右。化学抛光前，晶片表面损伤层内存在大量位错，对载流子的迁移造成散射，使得损伤层中的霍尔迁移率降低，但化学抛光前所测得的霍尔迁移率反而比抛光后的大，增幅最小的也达到了21％。本研究在3层模型的基础上，通过理论分析和计算，对这一反常现象以及化学抛光前后其它电学参数的变化进行了解释。     

直流磁控溅射法在PET基板上制备AZO薄膜

室温下用直流磁控溅射法在PET塑料基板上制备氧化锌薄膜及掺铝氧化锌AZO(ZnO∶Al)薄膜.通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、四点探针仪、霍尔效应仪及光谱仪等装置,考察了氧分率、溅射功率及铝掺杂量等工艺参数对薄膜微观结构和光电性能的影响.结果表明:AZO薄膜晶体结构为纯ZnO的六角纤锌矿结构.随着Al掺杂量增多,AZO薄膜导电性增加,透光率下降.在氧分率为8.2％,ZnO(40 nm)/Al(6 nm)三层膜条件下,得到电阻率为5.66×10-2Ω·cm,可见光范围内透光率约为80％的AZO薄膜.     

氮气流量对磁控溅射法沉积NGZO薄膜性能的影响

目的通过磁控溅射镀膜工艺,在玻璃上制备高质量的氮镓共掺杂氧化锌(NGZO)薄膜。方法采用射频磁控溅射法,同时通入氩气和氮气,在流量比分别为25/10、25/20、25/25、25/30((m L/min)/(m L/min))条件下制备NGZO薄膜。通过XRD和SEM对薄膜的物相结构和表面形貌进行分析,通过紫外/可见分光光度计和霍尔效应测试仪对薄膜透过率和载流子浓度、迁移率及薄膜电阻率进行研究。结果与未掺入N的Ga掺杂氧化锌(GZO)薄膜相比,在可见光区,尤其是600~800 nm范围内,NGZO薄膜平均透过率在80%以上,符合透明导电薄膜透过率的要求。GZO薄膜载流子浓度较高,电阻率较低,而掺入N后薄膜的载流子浓度和迁移率有所下降,电阻率有所增加。结论在N-Ga共掺杂薄膜中,N的掺杂主要占据O空位,并吸引空位周围的电子,这减小了薄膜晶格畸变,并产生电子空穴,最终使得薄膜中电子载流子浓度降低,空穴载流子浓度增加,电阻率有所增加。随着氮气流量的变化,发现在25 m L/min时,薄膜具有最佳的综合性能。这种薄膜可用于紫外光探测器等需较大电阻率的应用中,并有望实现n-p型转化。     

基片温度对铌掺杂ITO透明导电薄膜性能的影响

采用磁控溅射法以铌(Nb)掺杂氧化铟锡(ITO)为靶材制备了厚度为300nm的ITO:Nb薄膜,研究了不同基底温度下,薄膜的结构、导电性和可见光区的透过率。XRD分析表明所制备的ITO:Nb薄膜均为In2O3相;AFM显示ITO:Nb薄膜的均方根粗糙度随着温度的升高逐渐变大;薄膜的电阻率随着温度的升高逐渐减小,在300℃时得到最小值1.2×10-4·cm。电阻率下降主要是因为霍耳迁移率增大和载流子浓度逐渐增加。ITO:Nb薄膜在可见光内的平均透过率均大于87%,且随着温度的升高,吸收边发生"红移",禁带宽度逐渐增加。