原子层沉积技术在新型太阳能电池中的应用

原子层沉积技术(ALD)是一项正处于发展之中、在许多领域具有巨大应用前景的新型材料制备技术,该技术在纳米结构和纳米复合结构的制备方面显示出独特的优势,在新型薄膜太阳能电池领域呈现出巨大的发展潜力和前景。首先概述了ALD技术的工作原理,简要介绍了近几年ALD技术在硅基太阳能电池和铜铟镓硒薄膜电池(CIGS)中的应用,然后重点综述了原子层沉积纳米功能薄膜在染料敏化太阳能电池(DSSCs)和有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池(PSCs)为代表的新型薄膜太阳能电池中的应用。最后,总结了原子层沉积功能薄膜的特点和优势,展望了ALD在新能源材料与器件领域的应用前景和发展趋势。     

原子层沉积制备纳米TiO_2薄膜研究进展

原子层沉积技术(ALD)可制备出平滑、均匀可控的高质量薄膜,较传统制备方法而言,具有高度可控性和重现性,成为纳米二氧化钛(TiO_2)薄膜制备的首要选择。从沉积温度、等离子体的增强作用、沉积载体、掺杂及应用等方面综述了ALD法制备纳米TiO_2薄膜的相关研究进展。     

原子层沉积工艺制备催化薄膜厚度对生长碳纳米管阵列的影响

通过原子层沉积(ALD)工艺在硅基底依次沉积氧化铝缓冲层薄膜和氧化铁催化薄膜, 然后利用管式炉进行水辅助化学气相沉积(WACVD)生长垂直碳纳米管阵列(VACNTs)。结果表明: ALD工艺制备的氧化铁薄膜经还原气氛热处理可形成碳纳米管阵列生长所需的纳米催化颗粒; 氧化铁薄膜厚度与纳米催化颗粒大小以及生长出的碳纳米管阵列的结构密切相关。当氧化铁薄膜厚度为1.2 nm时, 生长出的碳纳米管阵列管外径约为10 nm, 管壁层数约为5层, 阵列高度约为400 μm。增大氧化铁薄膜的厚度, 生长出的碳纳米管阵列外径和管壁数增加, 阵列高度降低。实验还在硅基底侧面观察到了VACNTs, 表明ALD工艺可在三维结构上制备催化薄膜用于生长VACNTs。     

AIChE封面报道华东理工大学原子层沉积ALD反应器多尺度模拟研究

正华东理工大学化工学院膜科学与工程许振良教授团队,与美国约翰霍普金斯大学、普林斯顿大学等单位合作,开发了一套原子层沉积(ALD)反应器多尺度模型,可用于预测ALD反应器尺度高真空流体流动、传热、传质过程和衬底纳米孔道内薄膜沉积过程.     

柔性基体表面原子层沉积Al_2O_3薄膜研究进展

随着机械、光学、微电子和纳米科技等领域的发展,在柔性基体上如聚酯(PET)、聚乳酸酯(PLA)、聚酰亚胺(PI)等聚合物表面沉积Al_2O_3薄膜作为阻挡层、介电层、钝化层的研究也越来越多。无机Al_2O_3薄膜因其机械强度与硬度高、光学性能优良、透明性高与绝缘性好、耐磨、抗蚀及化学惰性等特点引起人们的极大兴趣。较传统薄膜制备技术,原子层沉积(ALD)技术制备的薄膜具有精确的厚度和成分可控性、高度均匀性和保形性,成为制备Al_2O_3薄膜的主要方式之一。本综述首先概述了原子层沉积原理,其次阐述了柔性沉积基体的特点,介绍了Al_2O_3薄膜的生长过程和影响因素,比较了在柔性基体上热原子层沉积和等离子体辅助原子层沉积Al_2O_3薄膜的优缺点,最后总结和展望了ALD制备Al_2O_3薄膜的研究趋势和应用前景。     

原子层沉积生长速率的控制研究进展

原子层沉积生长技术(ALD)是以表面自限制化学反应为机制的薄膜沉积技术, 可以一层一层地生长薄膜。该技术具有生长温度低、沉积厚度精确可控、保形性好和均匀性高等优点, 逐渐成为制备薄膜材料最具发展潜力的薄膜生长技术。作为ALD技术中一个关键的指标--生长速率, 不仅对沉积所得薄膜的晶体质量、致密度起重要作用, 更重要的是影响集成电路的生产效率。本文综述了近年来ALD生长机制和生长速率方面的研究结果, 以及ALD技术生长速率的影响因素, 并分析探讨了提高和改善ALD生长速率的方法以及研究趋势。     

多孔基底原子层沉积薄膜分布的数值模拟北大核心CSCD

原子层沉积(ALD)技术能在多孔基底内沉积亚纳米精度的薄膜,从而调节孔道尺寸和界面性质。此类ALD薄膜沉积,同时受到前驱体扩散和反应的影响,这给沉积动力学研究带来了困难。本文对ALD制备ZnO薄膜过程中前驱体在γ-Al_(2)O_(3)基底外表面沉积和孔道内沉积过程建立了模型,并通过数值模拟对表面和孔道两种模型进行了参数敏感性分析,拟合得到沉积物覆盖率公式。结果表明:在表面沉积过程中,随着吸附速率常数ka、吸附态的二乙基锌(DEZ*)向单乙基锌(MEZ)转化速率常数k1、羟基浓度COH的增大,和脱附速率常数kd的减小,基底表面的薄膜沉积加快;对于孔道内沉积过程,较大的羟基浓度COH和较小的扩散系数DS,驱使薄膜沉积在较浅位置;拟合所得解析式能准确预测多孔基底外表面和孔道内的沉积物覆盖率及其分布。     

空间隔离原子层沉积系统的研究

原子层沉积(ALD)技术制备的薄膜在纳米尺度精确可控,并且各处薄膜厚度具有良好的均匀性。空间隔离原子层沉积(SALD)相比于时间隔离ALD技术,此工艺更易实现大面积基底沉积和连续沉积。由于SALD技术巨大的应用前景,关于SALD技术的研究成为ALD技术研究的热点之一。本文介绍了实验室自主设计搭建的SALD系统平台,以Al2O3生长评估SALD系统,实现Al2O3薄膜线性生长。并对反应温度、基底与前驱体喷头间距这两个重要的工艺参数进行了研究。SALD沉积实验表明,减小基底表面温度波动可以提高薄膜的微观形貌质量。同时,前驱体进气喷头与基底之间的距离会强烈影响基底表面的前驱体压力和前驱体间隔离效果,进而影响薄膜生长。为平衡薄膜生长均匀性和系统密封性的要求,需要选择最优的间距值。     

沉积法制备TaN薄膜的研究现状及其应用

TaN薄膜是一种重要的高新技术材料,主要介绍了物理气相沉积法(PVD)、金属有机化学气相沉积法(MOCVD)和原子层沉积法(ALD)制备TaN薄膜的工艺技术,评述了它们各自的优缺点.从前驱体的选择方面详细评述了MOCVD法和ALD法制备TaN薄膜的研究进展,比较和评述了各类前驱体的优缺点.总结了TaN薄膜的应用现状以及薄膜制备过程中的主要影响因素,并简要展望了其发展方向.     

原子层沉积技术及应用发展概况

首先回顾了原子层沉积(ALD)发展历史,介绍了ALD的基本工艺和ALD薄膜具有的优良特性,并与传统的薄膜制备工艺进行了对比研究.重点阐述了ALD在微电子技术、微电子机械系统以及光学工程中的几个应用研究现状.分析了ALD目前存在的问题,并对ALD未来的发展进行了展望.     

Cu电极保护膜层氧化铝的原子层沉积工艺研究

介绍了硅功率器件Cu电极保护钝化膜层氧化铝的制备方法。采用热法ALD工艺和等离子增强ALD工艺在铜上沉积氧化铝薄膜,研究了不同ALD工艺、氧化剂种类、沉积温度和载气对氧化铝膜层质量及铜抗氧化保护效果的影响。结果表明：氧化剂对原子层沉积氧化铝薄膜的质量和铜电极的保护性能起着决定性作用;以臭氧(O₃)作为氧化剂,氧化铝薄膜极易脱落,与铜表面的结合力很差;以氧等离子体(O-)作为氧化剂,铜表面被氧化形成了氧化铜(CuO_x)层;而以水蒸气(H₂O)作为氧化剂,在低温100℃下,得到的Al₂O₃薄膜致密,无明显缺陷,且与铜金属层的结合力较优,对铜抗氧化保护效果良好;当沉积温度高于200℃时,原子层沉积氧化铝薄膜的缺陷明显增多;等离子增强ALD工艺中,当载气为Ar时,所得氧化铝膜厚度不均匀,铜电极发生强烈氧化。     

原子层沉积技术及其在光学薄膜中的应用

回顾了原子层沉积(ALD)技术的发展背景,通过分析ALD的基本工艺,并与传统薄膜制备工艺进行了对比研究.介绍了它在膜层的均匀性、保形性以及膜厚控制能力等方面的优势.着重列举ALD在减反膜、紫外截止膜、折射率可调的薄膜、抗激光损伤薄膜及复杂结构光子晶体等方面的应用.同时指出了目前ALD工艺在光学薄膜应用中存在的主要问题,并对ALD未来的发展进行了展望.     

不同温度对原子层沉积掺铝氧化锌薄膜性能的影响

采用热原子层沉积(ALD)方法,在固定氧化锌与氧化铝沉积比例的情况下,研究了不同温度下在玻璃衬底上沉积的掺铝氧化锌薄膜性能的变化,特别是"ALD窗口"温度的影响。通过计算薄膜沉积速率,得到了薄膜沉积的"ALD窗口"温度范围为225~275℃,相应的沉积速率为0.214 nm/cycle。分析样品的表面形貌后发现,虽然反应的温度有所不同,但薄膜的微观结构均为密集堆积的纺缍体,它们的尺寸受到温度、晶体结构等因素的影响。结构分析表明,在"ALD窗口"温度范围内,所有沉积得到的样品均为(100)择优取向,并且结晶质量、晶粒尺寸以及(002)峰的相对强度均随着温度升高而增大。薄膜的光学透过率以及光学带隙没有随温度变化而表现出明显的变化,分别在80%(350~770 nm)和3.90 e V左右。薄膜的电导率和光学质量在"ALD窗口"内随温度增加而增长,直到300℃时达到最佳。     

多元碳基薄膜中自形成纳米多层结构的研究进展

碳基薄膜作为一种新型的固体润滑材料其结构设计与调控一直是研究的重点与热点。近年来,在利用物理气相沉积法制备金属-碳多元薄膜时发现原位自形成纳米多层结构的奇特现象,研究表明在薄膜中形成纳米多层结构,可以很好地从微观尺度上增强薄膜材料的机械与摩擦学性能,从而利用纳米多层结构的自形成特性使润滑材料实现强韧一体化及多环境适应性。主要综述了在碳基薄膜制备过程中,复合元素、制备技术和沉积参数3种主要的影响因素分别对自形成纳米多层结构薄膜的生长和微观结构的影响规律,探讨了薄膜中纳米多层结构的自形成机制,展望了碳基薄膜自形成纳米多层结构的发展前景。     

聚乙烯醇改性对原子层沉积氧化铝复合隔膜的影响

原子层沉积技术(ALD)是一种具有表面自限性反应的薄膜生长技术,可以精准控制薄膜的生长。本文研究了ALD技术包覆聚烯烃隔膜,制作纳米氧化铝聚烯烃复合隔膜。聚烯烃膜表面无ALD氧化铝反应基团,造成ALD氧化铝生长成核慢,前期反应效率低,最终生长的氧化铝多形成团簇而非完整覆盖的薄膜。为了增强ALD氧化铝包覆聚乙烯膜(PE)的全覆盖薄膜生长,将PE膜进行了聚乙烯醇(PVA)表面改性处理,然后进行ALD Al_2O_3生长。通过扫描电镜、红外光谱、电感耦合发射光谱仪等技术手段系统分析了PVA表面改性对ALD Al_2O_3包覆PE膜性能指标的影响。结果表明,PVA改性可以简单有效地在PE膜上增加羟基(-OH)作为ALD反应位点。处理后的PE膜进行ALD Al_2O_3生长,前驱体进入反应腔室后更易与表面羟基进行反应,提高表面生长效率,纤维上均匀包覆氧化铝,无岛状生长的Al_2O_3团簇。同时PVA改性可以增强复合膜的耐热收缩性能,减少厚度增加,减轻机械结构的损坏。     

柔性高阻隔薄膜材料的研究现状

目的为柔性高阻隔薄膜的应用提供理论指导。方法综述柔性高阻隔膜的应用现状及存在问题,总结热蒸发、化学气相沉积、原子层沉积等制备柔性高阻隔薄膜的方法、原理、特点及应用,展望高阻隔膜包装材料的发展前景。结果高阻隔薄膜制备工艺趋向于单次制备,采用等离子体辅助原子层沉积技术是制备超高阻隔薄膜的首选,原子层沉积(ALD)和分子层沉积(MLD)结合也是获得超高阻隔薄膜的未来发展方向。结论快速、高效地制备柔性高阻隔薄膜是包装工业的发展趋势。     

锂电池中高比表面积的导电剂分散和ALD包覆性能优化

本研究以高比表面积的导电添加剂为基体材料,通过原子层沉积(ALD)法生长氧化铝纳米薄膜,制备改性高比表面积的导电添加剂。采用扫描电镜及透射电镜对包覆改性前后导电剂的形貌进行表征,发现采用ALD方法可以在高比表面积的导电添加剂表面生长纳米氧化铝。利用扣电方法测试改性导电剂对锂离子电池性能的影响。在高电压下,改性高比表面积的导电剂制备的锂离子电池在倍率循环性能、库伦效率、充放电性能等方面都有很大程度的提高。ALD氧化铝薄膜的厚度会影响锂离子电池性能。高比表面积的导电剂则需要更长时间的ALD生长氧化铝,达到提高锂离子电池倍率(0~8C)循环性能的结果。     

电化学原子层外延沉积碲化铋纳米薄膜研究

本文首次研究了电化学原子层外延(ECALE)法室温沉积碲化铋纳米薄膜的过程.ECALE是原子层外延的电化学模拟.它通过欠电位技术实现电化学沉积过程中的原子级的精确控制,每次只沉积一个原子层厚度,通过沉积循环的控制可以实现对沉积薄膜材料种类和厚度的控制.采用三电极和循环伏安法,分别研究确定了Pt电极上欠电位沉积金属Bi薄膜、Te在Pt电极上欠电位沉积条件以及Bi在Te表面和Te在Bi表面的交替沉积行为及其沉积参数,通过不同电位交替沉积得到Bi2Te3纳米薄膜.对薄膜的氧化剥落及其电量分析结果进一步证明了该薄膜的沉积过程是一种二维层状生长过程.     

用离子束辅助沉积和计算机控制系统制备纳米薄膜复合材料

研制成功了一台计算机控制系统,用来改进用于纳米复合薄膜制备的离子束辅助沉积技术。计算机、石英晶体振荡器和模糊控制器使系统可以准确地调节沉积速率,提高生产效率,确保各种纳米复合薄膜如多层和纳米晶薄膜的质量。     

用β二酮类金属有机前驱体原子层沉积金属薄膜

在现代纳米科技中,三维共形沉积金属薄膜或金属纳米结构,在微电子、光电子、磁存储和催化等多个领域有着广泛的应用前景。本文以β二酮类金属有机前驱体(乙酰丙酮、氟化的乙酰丙酮),采用原子层沉积(ALD)的方法在硅片和石英玻璃上沉积贵金属(Ir、Pd、Pt)和过渡金属(Cu)。采取X射线衍射(XRD)、能谱测试(EDS)、X射线电子能谱(XPS)、原子力显微镜(AFM)等手段对金属薄膜的结构、形貌进行研究。结果表明,沉积在衬底上的Ir、Pt均为金属单质而Cu和Pd中含有一定量的氧化物和硅化物,可能由于钯粒子的扩散形成硅化物和铜暴露空气中被氧化的原因。通过对这类β二酮类金属有机前驱体沉积金属薄膜过程的研究,可以发现其中的共通性,并将其拓展到其他金属薄膜的沉积。