高真空脉冲激光沉积CeO2（111）/Si（111）薄膜的结构与形貌研究

在高真空条件下,采用脉冲激光沉积法在Si(111)衬底上制备了高度(111)取向的CeO2薄膜。使用反射高能电子衍射仪对薄膜制备过程进行了原位监测,衍射花样为清晰条纹状,显示薄膜结晶质量较好,表面平整光滑。采用X射线衍射仪对不同衬底温度、不同激光能量制备的薄膜进行了结构表征,随着温度升高和能量增强,CeO2薄膜(111)峰逐渐增强且峰位越来越靠近标准峰位,表明CeO2薄膜的取向性变好且薄膜应力逐渐下降。通过椭偏仪对薄膜的折射率进行了表征,结果表明薄膜的光学性能强烈依赖其结晶质量,结晶质量最好的样品折射率接近单晶薄膜。使用高分辨透射电镜表征了样品的横断面,照片显示薄膜内部原子排列有序,结晶质量较好,部分区域与衬底取向略有偏差。     

基片温度对氧化铋薄膜光学性质的影响

在玻璃基片上直流磁控溅射沉积氧化铋薄膜,基片温度从室温增加到300℃并保持其它沉积条件一致,研究基片温度对薄膜光学性能的影响.样品的晶体结构、表面形貌和透射光谱分别用X射线衍射仪、原子力显微镜和分光光度计进行测量.结果表明,随着基片温度的增加,样品中Bi2O3的(120)衍射峰强度增强,表面颗粒直径逐渐减小;基片温度为250,300℃样品出现了Bi2O2.75的(006)衍射峰.采用拟合透射光谱数据的方法计算薄膜的折射率,消光系数及厚度,并求出光学带隙.随基片温度的增加,氧化铋薄膜的折射率减小,消光系数在10-2～10-1数量级,光学带隙在3.51～3.04 eV递减.     

Si(100)衬底上CeO2薄膜的脉冲激光制备及性能研究

用CeO2陶瓷靶材,使用脉冲激光沉积(PLD)技术在Si(100)衬底上制备了CeO2薄膜.研究了衬底温度、沉积氧压对薄膜性能的影响,实验制备出了高度(111)取向的CeO2薄膜.使用X射线衍射(XRD)、反射式高能电子衍射(RHEED)对薄膜进行晶体结构的表征.结果表明:随着衬底温度的增加,薄膜中的残余宏观应力(拉应力)及微观应力逐渐减小,薄膜结晶质量不断提高,而沉积氧压对此影响较小.RHEED图像显示使用PLD方法在Si衬底上沉积的薄膜具备较高的结晶性及原子级平整的表面.使用原子力显微镜(AFM)对样品进行表面粗糙度分析,发现不同温度下生长的薄膜均具有光滑的表面,方均根粗糙度(RMS)均在0.4 nm以下.使用Keithley 4200半导体测试仪、椭偏仪对薄膜进行电性能及光学性能分析,发现衬底温度对薄膜的电学性能有显著影响,并且CeO2薄膜结晶状态与电学性能有直接的联系.     

磁控溅射Ti/WO_3薄膜的微结构及光学性能

采用直流反应磁控溅射技术在玻璃基片上制备不同氧分压的Ti掺杂的WO3薄膜。用X射线衍射(XRD)、分光光度计、台阶仪等对薄膜的结构、光学性质进行表征;分析不同的氧分压对气敏薄膜透光率和结构的影响。结果表明,氧分压增大,膜厚减小,薄膜的平均晶粒尺寸增大,晶面间距增大,光学带隙变小。并用包络线法和经验公式法计算出薄膜的光学常数,结果表明,折射率和消光系数随氧分压的增加而增大。     

溶液激发方式对化学水浴法沉积CdS薄膜生长的影响

化学水浴法是目前制备CdS薄膜的主流方法之一,其中对溶液实施不同的溶液激发方式会对薄膜的性能产生很大影响。采用4种不同的溶液激发方式:搅拌法、静置法、超声法、摇晃法以化学水浴法沉积了CdS薄膜。采用台阶仪、X射线衍射仪、扫描电子显微镜和原子力显微镜等系统地研究了这4种不同的溶液激发方式对CdS薄膜的生长速度、晶体结构与表面形貌的影响。实验结果表明,随着沉积时间增加,CdS薄膜的厚度都会逐渐增加并最终趋于一恒定值。搅拌法与摇晃法制备的CdS薄膜具有更快的生长速度、更大的颗粒尺寸以及更加粗糙的表面形貌。采用静置法沉积薄膜在沉积时间较短时,薄膜表面存在大面积的由尺寸12 nm的小颗粒构成的区域。随着沉积时间增加,该区域面积逐渐减小进而消失。通过对薄膜表面形貌随沉积时间增加的演化过程的研究,在一定浓度下CdS薄膜的生长是离子-离子生长机制。通过对比不同溶液激发方式沉积的CdS薄膜的表面形貌,分析了不同溶液激发方式对CdS薄膜形貌的影响。     

基底温度对反应磁控溅射氮化铝薄膜的影响

采用反应磁控溅射法结合加热控温电源,在光学玻璃基底上制备氮化铝(AlN)薄膜,通过X射线衍射(XRD)技术对薄膜样品物相结构进行分析,利用纳米压痕仪测试薄膜样品的硬度及弹性模量,用椭圆偏振仪及光栅光谱仪测试了薄膜样品的光学性能,分析和研究了基底温度对AlN薄膜的结构及性能的影响.结果表明,用此方法获得的AlN薄膜呈晶态,属于六方晶系,温度对AlN(100)面衍射峰强度影响不大,但对(110)面衍射峰的影响较大,因而温度对AlN的择优取向有一定影响.AlN(100)峰半高宽随温度升高而减小,表明晶粒尺寸随温度升高有变大趋势.随沉积温度升高,薄膜硬度从150℃的8 GPa增加到350℃的10 GPa左右,随基底温度升高,薄膜的硬度增加.弹性模量随温度的变化趋势与硬度的基本一致.在可见光区域AlN薄膜透过率超过90％,基本属于透明膜.基底温度对薄膜折射率也有较明显影响,折射率大致随温度升高而增大,但由椭偏测试及透射谱线分析得到的厚度结果表明,随温度升高,AlN薄膜的沉积速率下降.     

厚度对室温沉积ZnO:Al薄膜光电特性的影响

利用直流磁控溅射法, 在室温玻璃衬底上制备了具有良好附着性的多晶ZnO∶ Al(ZAO)薄膜. 比较了室温下获得的薄膜与衬底加热条件下所得薄膜的结晶程度, 研究了厚度对室温条件下制备的ZAO薄膜表面形貌、电学性能及紫外-可见-近红外光区透光性的影响. 结果表明, 室温条件下制备的ZAO薄膜也具有(002)面择优取向, 随着膜厚的增加薄膜晶粒化程度提高, 载流子浓度和迁移率增大, 电阻率下降, 薄膜在紫外光区的吸收边发生红移, 在可见光区的平均透过率降低, 在近红外光区的透过率随厚度的增加而减小. 厚度为1200 nm的ZAO薄膜具有最佳光电综合性能, 其电阻率为7.315×10~(-4) Ω·cm, 方块电阻为6.1 Ω/□, 可见光区平均透过率达到82%, 波长为550 nm处的透过率为87%.     

氧分压对射频磁控溅射制备氧化锌薄膜光电学性质的影响

利用射频磁控溅射在石英基片上沉积ZnO薄膜.为了研究氧分压对ZnO薄膜的结构和光电学性质的影响,在氧分压0.00,2.54,5.06,7.57 mPa的条件下制备了4个样品.样品的微结构、表面形貌和光电学性质分别用X射线衍射仪、原子力显微镜、分光光度计和Van der Pauw方法进行测量.结果表明,所有样品的主要衍射峰为(002)峰,随氧分压的增加,(002)峰的强度降低,且出现了(101)面的衍射峰.氧分压的升高,薄膜的表面粗糙度和载流子浓度减小,迁移率增大,电阻率从氧分压为0时的0.2 Ωcm增加到7.57 mPa时的1 400 Ωcm.所有样品在可见光区的平均透过率都大于83%,薄膜的折射率随氧分压的增加而增大,而消光系数和光学带隙则减小.     

射频磁控溅射法制备Ti掺杂ITO薄膜的厚度对膜结构与光电性能的影响

利用Ti掺杂ITO靶材,采用单靶磁控溅射法在玻璃基底上制备厚度为50~300 nm的ITO:Ti薄膜。借助X射线衍射(XRD)、原子力显微镜(AFM)、可见光分光光度计、霍尔测试系统和四探针电阻测量仪,研究薄膜厚度对薄膜的晶体结构、表面形貌和光电性能的影响。结果表明:ITO:Ti薄膜呈现(400)择优取向,随薄膜厚度增加,薄膜的结晶程度增强,晶粒度增大,薄膜更致密。随薄膜厚度增加,薄膜的均方根粗糙度和平均粗糙度以及电阻率都先减小再增加,薄膜厚度为250 nm时,表面粗糙度最小,蒋膜厚度为200 nm时,电阻率最低,为2.1×10-3?·cm。不同厚度的薄膜对可见光区的平均透过率都在89%以上。     

闪蒸法制备N型Bi2( Te0.95Se0.05)3薄膜的微结构及热电性能研究

采用闪蒸法在温度为473 K的玻璃基体上沉积了厚度为800 nm的N型Bi2(Te0.95Se0.05)3热电薄膜,并在373 ～573 K进行1h的真空退火处理.利用X射线衍射(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)分别对薄膜的物相结构和表面形貌进行分析.采用表面粗糙度测量仪测定薄膜厚度,薄膜的电阻率采用四探针法进行测量,采用温差电动势法在室温下对薄膜的Seebeck系数进行表征.沉积态薄膜表明了(015)衍射峰为最强峰,退火处理后最强衍射峰为(006);沉积态薄膜由许多纳米晶粒组成,晶粒大小分布较均匀,平均晶粒尺寸大约45 nm,退火处理后出现了斜方六面体的片状晶体结构.退火温度从373 K增加到473 K,薄膜的电阻率和Seebeck系数增加,激活能也随退火温度的增加而增大,退火温度从523 K增加到573 K,薄膜的电阻率和Seebeck系数都缓慢下降.从373 ～473 K,热电功率因子随退火温度的升高而单调增加,退火温度为473 K时,电阻率和Seebeck系数分别是2.7 mΩ.cm和-180μV·K-1,热电功率因子最大值为12 μW.cmK-2.退火温度从523 K增加到573 K,热电功率因子的值逐渐下降.     

沉积压力对磁控溅射Mg薄膜结构的影响

采用直流磁控溅射方法在氧化锆固体电解质表面制备了Mg金属薄膜,利用XRD和SEM研究了沉积压力(0.9～2.1Pa)对薄膜形貌和结构的影响.结果表明:随着沉积压力的提高,薄膜结晶程度逐渐变差,晶粒尺寸减小,表面粗糙度增大;薄膜呈(002)择优生长的柱状晶结构,且随着沉积压力的提高薄膜厚度先增加后减小.     

中频磁控溅射制备锰铜传感器用合金薄膜的工艺

利用镀膜技术制作锰铜传感器,可以实现传感器的超薄化,提高传感器的灵敏度和线性度。改变溅射功率参数,采用中频磁控溅射技术在玻璃(SiO2)衬底上制备出一系列锰铜镍合金薄膜,重点研究沉积条件对薄膜式锰铜传感器薄膜结构、表面形貌等性能的影响。采用三维形貌仪测试薄膜厚度和计算沉积速率;采用原子力显微镜(AFM)研究薄膜的表面特征;采用X射线衍射(XRD)分析了热处理前后薄膜的微观结构;并采用直读光谱仪(DRS)测试溅射靶材和薄膜的成分。研究结果表明:沉积速率随溅射功率增加而增加,溅射功率达到1 kW后沉积速率保持在100 nm·min-1;溅射功率也会明显的影响薄膜的表面形貌,薄膜的表面粗糙度RMS随溅射功率的增加而减小;XRD分析结果表明溅射功率对薄膜的微观结构影响不大,样品的微观结构在热处理前后没有显著变化,只是热处理后样品观察到了微弱的Mn微观结构取向;溅射功率变化对薄膜的成分影响较小,不同功率沉积的薄膜样品的成分相近。     

硼掺杂对单晶金刚石薄膜结构及生长的影响

采用自制的环形谐振腔式微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)设备,在其他工艺参数不变的情况下,通过改变反应气中掺杂源硼烷的浓度,制备不同掺硼量的外延单晶金刚石薄膜。通过激光拉曼光谱(Raman)、激光荧光发射光谱(PL)以及X射线衍射(XRD)摇摆曲线等测试手段对外延金刚石薄膜的微观结构进行分析,结果表明,在325 nm波长的激光激发下,外延金刚石薄膜在524 nm处产生了与硼相关的荧光峰位,且随气源中硼烷浓度增加,荧光峰(524 nm)峰强增大,拉曼特征峰和XRD摇摆曲线特征峰半高宽(FWHM)都呈增加趋势,说明随着硼烷浓度增加,金刚石薄膜中硼含量增加,晶体结构的完整性逐渐降低,外延薄膜的质量变差。通过光学显微镜(OM)、原子力显微镜(AFM)对外延单晶金刚石薄膜的表面生长形貌进行分析,结果表明,随着气源中硼烷浓度增加,薄膜表面的台阶流生长模式没改变,但台阶流的台阶数量逐渐减少,台面宽度台面高度逐渐增加,说明随着硼烷浓度增加,台阶流生长状态改变。因此,硼掺杂变化将导致外延单晶金刚石膜的结构及生长特征发生显著改变。     

沉积温度对化学水浴法CdS薄膜物理性质的影响

研究了化学水浴法制备的CdS薄膜微观结构与其带隙宽度的关系。采用台阶仪、X射线衍射仪(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、分光光度计、扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)和能谱仪(EDS)等对不同沉积温度下制备的CdS薄膜的生长速率、晶体结构、光学性质、表面形貌和薄膜组分及其相互间关系进行了研究。随着沉积温度升高,薄膜沉积速率变快,H(002)晶面间距相应增加,带隙宽度逐渐下降。同时CdS薄膜的表面变得更为光滑。结合能谱分析发现,随着沉积温度上升,CdS薄膜的中硫的含量相应增加,薄膜中Cd/S原子比例更加接近于1∶1。CdS薄膜晶格常数的增加造成了带隙宽度的下降。而晶格常数的变化则归因于沉积温度的变化对薄膜中硫的含量的影响。沉积温度上升会促进OH-离子与硫脲的反应,加速S2-离子的释放,从而导致溶液中S2-离子浓度上升。在CdS薄膜的生长过程中会有更多硫进入到薄膜中,使得薄膜中的硫空位减少。而硫空位的减少会使薄膜晶体结构更加完整,导致晶格常数上升,更加接近于体材料的晶格常数。     

酸性条件下水浴沉积时间对硫化镉薄膜特性的影响

基于化学水浴法,以硫代乙酰胺为硫源、氯化镉为镉源、尿素为缓冲剂,在酸性条件下制备了CdS薄膜。采用台阶仪、X射线衍射仪、扫描电镜和紫外/可见光分光光度计,研究了酸性条件下化学水浴沉积时间对硫化镉薄膜厚度、结构、形貌和光学特性的影响。结果表明,沉积所得的CdS薄膜为六角纤维锌矿结构。随着沉积时间的延长,薄膜厚度和晶粒尺寸随之增大,带隙随之减小。当沉积温度为80℃,沉积时间为30min时,CdS薄膜可见光波段平均透过率接近80%。     

生长温度和退火气氛对ZnO:Al薄膜结构与性能的影响

采用直流磁控溅射法在玻璃衬底上制备ZnO:Al透明导电薄膜,研究生长温度和退火气氛对薄膜结构、形貌、光学和电学性能的影响。结果表明:不同温度下生长的ZnO:Al薄膜均为高度c轴取向的六角铅锌矿结构,400~900 nm波长范围内薄膜的平均透过率均超过85%。ZnO:Al薄膜的电学性能强烈依赖于生长温度,室温~500℃范围内,500℃下生长的薄膜具有最大的载流子浓度(2.294×1021 cm-3)和最低电阻率(4.095×10-4-.cm)。退火气氛对薄膜的性能影响显著,经过不同气氛退火后,薄膜的表面粗糙度降低,结晶质量和光学性能有所提高;在O2、N2、空气等气氛下退火,薄膜的载流子浓度降低,电阻率上升;Ar和真空退火时,薄膜载流子浓度上升,电阻率显著下降。     

分子模板法制备纳米多孔SiO2薄膜

报道了用分子模板法制备纳米有序多孔SiO2薄膜。用扫描电子显微镜(SEM)观察改性前后薄膜的表面形貌，发现改性后薄膜孔洞大小均匀，排列有序，孔径在200nm左右。付立叶红外变换光谱(FTIR)研究表明，改性后薄膜内存在大量的一CH3键，增强了薄膜的憎水性，可以有效抑制孔洞塌缩。用椭圆偏振光测试仪测量并计算了薄膜的介电常数和膜厚，并且研究了热处理温度对二者的影响，发现当热处理温度为350℃时薄膜厚度约为400nm，此时介电常数有最低值1．66。     

反应时间对水热法制备VO2(B)纳米电池材料的影响北大核心

采用水热处理法制备VO2(B)纳米带结构,对VO2(B)纳米带的微观形貌及其应用为钠离子正极材料时的电化学性能进行了检测。结果表明:水热处理时间为2 h时,反应生成了高纯度VO2(B);当水热处理时间进一步加长到10 h,产物结晶度没有明显变化;不同水热处理时间后,产物中都生成了纳米带结构,水热处理6 h制备的产物生成了众多的纳米带(厚度10 nm,宽度40 nm,长度2μm);不同水热处理时间后,材料的放电量均随着循环数的增加单调减小。电压为1.5~4.5 V时,VO2(B)的放电比容量为175 mA·h/g,充放电循环60次后的比容量约为原来的50%。     

有源层厚度对InSnZnO薄膜晶体管的影响

在室温下,采用射频磁控溅射法制备了氧化铟锡锌(ITZO)薄膜作为薄膜晶体管(TFT)的有源层, ITZO薄膜厚度分别为16, 25, 36, 45和55 nm。采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)和紫外-可见光分光光度计测试分析了不同厚度ITZO薄膜的结晶情况、表面形貌及光学特性的变化规律,并使用半导体特征测试仪表征了ITZO TFT的输出特性及转移特性,研究了有源层厚度对ITZO TFT电学性能的影响。结果表明:不同厚度的ITZO薄膜均为非晶结构,成膜致密,薄膜在可见光范围内的平均透过率均高于85%。在界面态密度(N■)和载流子浓度的共同影响下,当有源层厚度为36 nm时, ITZO TFT电学性能最优。其场效应迁移率(μ_(FE))为14.04 cm~2·(V·s)~(-1),开关比(I_(on/off))为1×10~6,亚阈值摆幅(S)仅有0.5 V·dec~(-1)。此外,有源层厚度的增大可以削弱空气中水分和氧气对TFT的侵蚀,提高器件的稳定性。因此可以通过改变有源层厚度来调控TFT的性能。     

高温溶液法制备CeO_2纳米晶体及其紫外吸收性能研究

采用高温溶液法分解硝酸铈制备了不同形貌的CeO2纳米晶体。采用XRD、TEM和FTIR研究了表面活性剂和分解温度对纳米晶体尺寸、形貌和物相结构的影响。实验结果表明,控制表面活性剂的种类(如油胺、油酸、二甲基硅油)和数量,可以得到具有球形、线形、"四叶草"形和类四边形的纳米晶体。随着分解温度的提高,CeO2纳米晶体的形貌趋于完整,粒径逐渐变大。分解温度达到300℃时可以得到线形的CeO2纳米晶体,温度达到320℃得到的线形粒子的长径比可以达到45左右。通过紫外-可见光吸收光谱可知,所得不同形貌的CeO2纳米晶体均具有较好的紫外吸收性能和可见光的透过性能,所有样品对紫外光的吸收均达到90%以上,可以有效的用作紫外屏蔽材料。