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超薄非晶氧化物半导体薄膜的制备及光学带隙调控综合实验设计

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实验科学与技术 2024年第2期22卷 41-46页

作者：许磊张新楠梁茹钰胡梦真宋增才罗世钧华北水利水电大学电子工程学院郑州450046

为提升学生创新素养,通过将科研内容融入实验教学,设计了超薄非晶氧化物半导体薄膜的制备及光学带隙调控实验。采用磁控溅射的方法在石英衬底上制备非晶铟锡氧化物半导体薄膜,通过材料表征研究厚度对薄膜晶体结构、表面形貌和光学特性... 详细信息

为提升学生创新素养,通过将科研内容融入实验教学,设计了超薄非晶氧化物半导体薄膜的制备及光学带隙调控实验。采用磁控溅射的方法在石英衬底上制备非晶铟锡氧化物半导体薄膜,通过材料表征研究厚度对薄膜晶体结构、表面形貌和光学特性的影响。实验结果表明,薄膜厚度影响成膜的表面粗糙度,同时薄膜的光学带隙随膜厚增加而减小。该创新实验涵盖了材料制备、表征及机理分析,涉及半导体、材料学、光电子等多个学科领域,且结合实际科研内容,提高了学生的科研积极性,有助于培养学生创新思维,提高理论与实践相结合的能力。

关键词：光学带隙铟锡氧化物薄膜磁控溅射实验设计

基于化学环境自适应学习的掺杂石墨氮化碳纳米片光学带隙预测

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中国传媒大学学报（自然科学版） 2024年第1期31卷 74-80页

作者：陈宸张继勇侯佳杭州电子科技大学杭州310037 杭州电子科技大学丽水研究院丽水323060

一直以来,从新药物的发现到最终应用的过程被认为是非常耗时且消耗资源密集的。在化学领域,经典传统方法密度泛函理论(DFT)使用非常广泛,其计算出分子的密度泛函并推导出各种性质。然而,传统的量子模拟技术既昂贵又难以探索潜在大范围... 详细信息

一直以来,从新药物的发现到最终应用的过程被认为是非常耗时且消耗资源密集的。在化学领域,经典传统方法密度泛函理论(DFT)使用非常广泛,其计算出分子的密度泛函并推导出各种性质。然而,传统的量子模拟技术既昂贵又难以探索潜在大范围的掺杂分子结构。为了降低成本并提高效率,提出了一种基于化学环境的图神经网络模型,希望能在新型材料和药物的研发上推动发展。本文探索领域聚焦于石墨氮化碳(g-C3N4)及其掺杂变体。鉴于石墨氮化碳(g-C3N4)的分子性质带隙在现实中的重要性,准确预测材料的光学带隙成为了本研究的目标。本文使用基于化学环境的图神经网络有效地捕捉了分子的复杂结构,即使同时探索具有多个变体的掺杂g-C3N4结构,它也能精确预测它们的带隙,相比于传统的图神经网络有极大的提升,提供了一种方便快捷且精确的工具。

关键词：图神经网络自适应聚合器光学带隙石墨氮化碳化合物

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电沉积ZnO纳米柱的光学带隙与非辐射复合

材料工程 2022年第3期50卷 90-97页

作者：汤洋国家能源集团绿色能源与建筑研究中心北京102211 北京低碳清洁能源研究院北京102211

为实现ZnO纳米柱阵列材料在新型纳米结构化太阳能电池中的应用,需要对纳米柱的几何形貌与光电特性进行调控。ZnO纳米柱阵列材料的制备方法为电化学沉积方法。通过在生长溶液中使用In(NO_(3))_(3)和NH_(4)NO_(3),实现了对纳米柱的直径、... 详细信息

为实现ZnO纳米柱阵列材料在新型纳米结构化太阳能电池中的应用,需要对纳米柱的几何形貌与光电特性进行调控。ZnO纳米柱阵列材料的制备方法为电化学沉积方法。通过在生长溶液中使用In(NO_(3))_(3)和NH_(4)NO_(3),实现了对纳米柱的直径、阵列密度、柱间距、光学带隙、近带边发射、斯托克斯位移等物理性质的调控。采用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、分光光度计、光致发光测试仪对样品的形貌、晶体性质、透射反射性质、光致发光性质进行测试与表征。结果表明,使用NH_(4)NO_(3)将紧密排列的ZnO纳米柱阵列密度降低了51%,导致柱间距增大至超过100 nm,同时可将纳米柱的直径降低至22 nm。使用In(NO_(3))_(3)使ZnO纳米柱的光学带隙展宽100 meV。通过NH_(4)NO_(3)的使用可在3.41 eV至3.55 eV范围内调控带隙。由于NH_(4)NO_(3)的引入,ZnO纳米柱的斯托克斯位移可降低至19 meV,表明NH_(4)NO_(3)的引入能够有效地抑制纳米柱阵列中的非辐射复合。

关键词：氧化锌硝酸铵硝酸铟电沉积光学带隙非辐射复合

PECVD沉积和原位退火时间对h-BN薄膜组成及光学带隙的影响

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无机材料学报 2014年第7期29卷 729-734页

作者：秦毅赵婷王波杨建锋西安交通大学金属材料强度国家重点实验室西安710049

采用射频等离子增强化学气相沉积设备,以高纯N2和B2H6为气源,制备了系列h-BN薄膜,得到适合生长h-BN薄膜的最佳工艺条件。在此条件下,研究了不同沉积时间和退火时间对薄膜组成和光学带隙的影响。采用傅立叶变换红外光谱仪、紫外可见光分... 详细信息

采用射频等离子增强化学气相沉积设备,以高纯N2和B2H6为气源,制备了系列h-BN薄膜,得到适合生长h-BN薄膜的最佳工艺条件。在此条件下,研究了不同沉积时间和退火时间对薄膜组成和光学带隙的影响。采用傅立叶变换红外光谱仪、紫外可见光分光光度计和场发射扫描电子显微镜对样品进行了表征。实验结果表明:在衬底温度、射频功率和气源流量比率一定的条件下,沉积时间对h-BN薄膜成膜质量和光学带隙都有较大影响,且光学带隙与膜厚呈指数关系变化。700℃原位退火不同时间对h-BN薄膜的结晶质量有所影响,而物相和光学带隙基本没有改变。

关键词： h-BN薄膜沉积时间退火时间光学带隙

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氮分压对氮化铜薄膜结构及光学带隙的影响

物理学报 2007年第7期56卷 4169-4174页

作者：肖剑荣徐慧李燕峰李明君中南大学物理科学与技术学院桂林工学院数理系桂林541004

在不同的氮分压r(r=N2/[N2+Ar])和射频功率P下,使用反应射频磁控溅射法,在玻璃基片上制备了氮化铜薄膜样品.用台阶仪测得了薄膜的厚度,用原子力显微镜、X射线衍射仪、紫外-可见光谱仪对薄膜的表面形貌、结构及光学性质进行了表征分析.... 详细信息

在不同的氮分压r(r=N2/[N2+Ar])和射频功率P下,使用反应射频磁控溅射法,在玻璃基片上制备了氮化铜薄膜样品.用台阶仪测得了薄膜的厚度,用原子力显微镜、X射线衍射仪、紫外-可见光谱仪对薄膜的表面形貌、结构及光学性质进行了表征分析.结果表明,薄膜的沉积速率随P和r的增加而增大.薄膜表面致密均匀,晶粒尺寸为30nm左右.随着r的增加,薄膜颗粒增大,且薄膜由(111)晶面转向(100)晶面择优生长.薄膜的光学带隙Eg在1.47—1.82eV之间,随r的增加而增大.

关键词：氮化铜薄膜反应射频磁控溅射晶体结构光学带隙

氧分压对溅射制备氧化镓薄膜结构及光学带隙的影响

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物理学报 2014年第11期63卷 230-234页

作者：马海林苏庆兰州交通大学国家绿色镀膜技术与装备工程技术研究中心兰州730070 兰州大学物理科学与技术学院兰州730000

在不同氧分压η(η=O2/[Ar+O2])实验条件下,通过直流反应溅射制备了氧化镓薄膜,然后在真空环境下进行高温再结晶热处理.用紫外-可见分光光度计(UV-Vis)研究了氧分压η对光学带隙Eg的影响.X射线衍射(XRD)和共聚焦拉曼散射光谱(Raman Scat... 详细信息

在不同氧分压η(η=O2/[Ar+O2])实验条件下,通过直流反应溅射制备了氧化镓薄膜,然后在真空环境下进行高温再结晶热处理.用紫外-可见分光光度计(UV-Vis)研究了氧分压η对光学带隙Eg的影响.X射线衍射(XRD)和共聚焦拉曼散射光谱(Raman Scattering)分析显示:经900℃高温热处理后,薄膜呈结晶β相氧化镓,且晶粒尺寸随着氧分压的逐渐增加而变大.室温下由UV-Vis测试薄膜透过率并利用Tauc公式计算得到样品的光学带隙Eg在4.68—4.85 eV之间,且随氧分压η的逐渐增加而变大.

关键词：氧化镓光学带隙磁控溅射

含氮氟化类金刚石(FN-DLC)薄膜的研究:(Ⅱ)射频功率对薄膜光学带隙的影响

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物理学报 2007年第3期56卷 1809-1814页

作者：肖剑荣徐慧郭爱敏王焕友中南大学物理科学与技术学院长沙410083 中南大学材料科学与工程学院长沙410083

以CF4,CH4和N2为源气体,采用射频等离子体增强化学气相沉积法,在不同射频功率下制备了含氮氟化类金刚石薄膜样品.原子力显微形貌显示,低功率下沉积样品表面致密均匀.拉曼及傅里叶变换红外光谱分析显示,随着射频功率的改变,薄膜的结构和... 详细信息

以CF4,CH4和N2为源气体,采用射频等离子体增强化学气相沉积法,在不同射频功率下制备了含氮氟化类金刚石薄膜样品.原子力显微形貌显示,低功率下沉积样品表面致密均匀.拉曼及傅里叶变换红外光谱分析显示,随着射频功率的改变,薄膜的结构和组分也随之变化.紫外-可见光透射光谱证明薄膜具有紫外强吸收特性,通过计算得到其光学带隙在1.89—2.29eV之间.结果表明,射频功率增加,薄膜内sp2C含量增加,或者说CC交联相对浓度增加、F的相对浓度降低,导致薄膜内π-π*带边态密度增大,光学带隙的减小.

关键词：含氮氟化类金刚石薄膜射频功率光学带隙气相沉积法

V高掺杂ZnO最小光学带隙和吸收光谱的第一性原理研究

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物理学报 2014年第10期63卷 336-342页

作者：郭少强侯清玉赵春旺毛斐内蒙古工业大学理学院呼和浩特010051

对于V高掺杂ZnO,当摩尔分数为0.0417—0.0625时,随着掺杂量的增加,吸收光谱出现蓝移减弱和蓝移增强两种不同实验结果均有文献报道.采用密度泛函理论的第一性原理平面波超软赝势方法,构建未掺杂ZnO单胞模型、V高掺杂Zn1-xVxO(x=0.0417,0.... 详细信息

对于V高掺杂ZnO,当摩尔分数为0.0417—0.0625时,随着掺杂量的增加,吸收光谱出现蓝移减弱和蓝移增强两种不同实验结果均有文献报道.采用密度泛函理论的第一性原理平面波超软赝势方法,构建未掺杂ZnO单胞模型、V高掺杂Zn1-xVxO(x=0.0417,0.0625)两种超胞模型,采用GGA+U方法计算掺杂前后体系的形成能、态密度、分波态密度、磁性和吸收光谱.结果表明,当V的掺杂量(原子含量)为2.083%—3.125%时,随着V掺杂量增加,掺杂体系磁矩增大,磁性增强,并且掺杂体系体积增加,总能量下降,形成能减小,掺杂体系更稳定,同时,掺杂ZnO体系的最小光学带隙增宽,吸收带边向低能级方向移动.上述计算结果与实验结果一致.

关键词： V高掺杂ZnO 光学带隙吸收光谱第一性原理

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立方氮化硼薄膜的光学带隙

物理学报 2008年第10期57卷 6631-6635页

作者：邓金祥汪旭洋姚倩周涛张晓康北京工业大学应用数理学院北京100022 兰州大学物理学院兰州730000

用射频溅射法在p型Si(100)衬底上沉积立方氮化硼(c-BN)薄膜,薄膜的成分由傅里叶变换红外谱标识,用紫外-可见分光光度计测量了c-BN薄膜的反射光谱,利用K-K(Kramers-Kroning)关系从反射谱计算出c-BN薄膜的光吸收系数,进而确定c-BN薄膜的... 详细信息

用射频溅射法在p型Si(100)衬底上沉积立方氮化硼(c-BN)薄膜,薄膜的成分由傅里叶变换红外谱标识,用紫外-可见分光光度计测量了c-BN薄膜的反射光谱,利用K-K(Kramers-Kroning)关系从反射谱计算出c-BN薄膜的光吸收系数,进而确定c-BN薄膜的光学带隙.对于立方相含量为55.4%的c-BN薄膜,光学带隙为5.38 eV.

关键词：立方氮化硼薄膜光学带隙 K-K关系