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直流反应磁控溅射法制备Al-N和In-N共掺p型ZnMgO与ZnO薄膜

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直流反应磁控溅射法制备Al-N和In-N共掺p型ZnMgO与ZnO薄膜

作者：叶羽敏浙江大学

学位级别：硕士

ZnO是一种Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体材料,具有直接宽带隙(室温下3.37eV),属于六方纤锌矿结构。ZnO在光电、压电、热电、铁电等诸多领域都具有优异的性能,但在最具潜力的应用是在光电器件领域。ZnO的禁带宽度宽,激子结合能为60meV,远高于其它... 详细信息

ZnO是一种Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体材料,具有直接宽带隙(室温下3.37eV),属于六方纤锌矿结构。ZnO在光电、压电、热电、铁电等诸多领域都具有优异的性能,但在最具潜力的应用是在光电器件领域。ZnO的禁带宽度宽,激子结合能为60meV,远高于其它宽禁带半导体材料,如GaN为25meV。ZnO激子在室温下也是稳定的,可以实现室温或更高温度下高效的激子受激发光。另外,将ZnO与MgO形成半导体合金薄膜,可以达到随Mg组分不同调节ZnMgO合金半导体禁带宽度的目的。所以,ZnO在短波长光电器件领域有着极大的应用潜力,如紫蓝光发光二极管(LEDs)和激光器(LDs)等,可作为白光的起始材料。本文采用直流反应磁控溅射法,分别采用Al-N和In-N共掺方法制备了p型ZnMgO三元合金和ZnO薄膜。主要的研究工作如下: 1.以直流反应磁控溅射法制备了高质量的ZnMgO薄膜,并研究了衬底温度及Mg含量对薄膜晶体质量、表面形貌与禁带宽度的影响,得出了最优的生长条件。同时也验证Mg的掺入对薄膜禁带宽度有较大的影响。 2.在制备出高质量ZnMgO合金薄膜的基础上,对ZnMgO薄膜进行Al-N共掺制备了优质低阻的p型ZnMgO薄膜。实验发现所得薄膜具有良好的晶体取向性,平整致密的表面形貌,紫外透射谱也证实所得薄膜禁带宽度与ZnMgO薄膜相仿。并分析了衬底温度对于薄膜电学性能的影响,发现只在一定温度区间内薄膜呈现为p型。得出最优的生长温度在450℃～500℃之间,薄膜具有电阻率26Ωcm和空穴浓度3.6x10cm。 3.尝试以直流反应磁控溅射法制备了In-N共掺的p型ZnO薄膜。发现所得薄膜具有良好的晶体质量与优良的电学性能。通过研究衬底温度与薄膜电学性能关系,得出最佳的生长温度在540℃左右。在此温度下生长于玻璃衬底上的p型ZnO具有23.7Ωcm的电阻率和3.51×10cm的载流子浓度。同时我们还研究了不同衬底材料对薄膜电学性能影响。发现SiO衬底上生长的ZnO薄膜具有最低的电阻率和较高的载流子浓度,分别为3.12Ωcm和2.04×10cm。

关键词： ZnMgO薄膜 ZnO薄膜直流反应磁控溅射法光电器件

在不同衬底温度下用直流反应磁控溅射法制备p型ZnO薄膜(英文)

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发光学报 2008年第3期29卷 491-494页

作者：简二梅叶志镇刘暐昌何海平顾修全朱丽萍赵炳辉浙江大学硅材料国家重点实验室浙江杭州310027

采用直流反应磁控溅射方法,通过改变衬底温度并优化生长参数,在玻璃衬底上生长了In-N共掺p型ZnO薄膜。X射线衍射(XRD)测试表明,所得薄膜结晶性能良好,且具有很好的c轴择优取向。Hall测试的结果所得p型ZnO薄膜最低电阻率为35.6Ω·cm,霍... 详细信息

采用直流反应磁控溅射方法,通过改变衬底温度并优化生长参数,在玻璃衬底上生长了In-N共掺p型ZnO薄膜。X射线衍射(XRD)测试表明,所得薄膜结晶性能良好,且具有很好的c轴择优取向。Hall测试的结果所得p型ZnO薄膜最低电阻率为35.6Ω·cm,霍尔迁移率为0.111cm2·V-1·s-1,空穴浓度为1.57×1018cm-3。X光电子能谱(XPS)测试表明,铟元素已有效地掺入了ZnO薄膜中,且铟元素有效地促进了氮元素的掺入。紫外可见(UV)透射谱测试表明,在可见光范围内所有薄膜透光率均可达90%。

关键词： P型导电 In-N共掺直流反应磁控溅射法 ZnO薄膜

直流反应磁控溅射方法制备碳掺杂TiO_2薄膜及其可见光活性

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物理化学学报 2007年第11期23卷 1662-1666页

作者：朱蕾崔晓莉沈杰杨锡良章壮健复旦大学材料科学系上海200433

室温下通过直流反应磁控溅射的方法,利用碳钛镶嵌靶在Ar/O_2气氛中制备了碳掺杂纳米TiO_2薄膜,并通过X射线衍射(XRD)、UV-Vis透射光谱以及光电化学的方法对薄膜进行了表征.XRD测试结果表明,靶中碳和钛的面积比小于0.10时,碳掺杂的引入... 详细信息

室温下通过直流反应磁控溅射的方法,利用碳钛镶嵌靶在Ar/O_2气氛中制备了碳掺杂纳米TiO_2薄膜,并通过X射线衍射(XRD)、UV-Vis透射光谱以及光电化学的方法对薄膜进行了表征.XRD测试结果表明,靶中碳和钛的面积比小于0.10时,碳掺杂的引入有利于TiO_2薄膜的晶格生长,并随靶中碳面积的增加,薄膜的结晶度也相应提高.由透射光谱计算得到的禁带宽度表明,靶中碳和钛的面积比为0.05时,薄膜的禁带宽度由纯TiO_2薄膜的3.4 eV减小到3.1 eV.光电测试结果表明,靶中碳和钛的面积比小于0.10时,碳的引入可以提高薄膜的光电响应,面积比为0.10时,可见光下0 V时薄膜的光电流密度为0.069μA·cm^(-2);但碳和钛的面积比增加到0.16时,测得的薄膜光电响应异常.

关键词：直流反应磁控溅射法碳/钛镶嵌靶碳掺杂的二氧化钛薄膜光电化学

室温直流反应磁控溅射制备透明导电In_2O_3∶Mo薄膜

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真空科学与技术学报 2005年第4期25卷 301-305页

作者：缪维娜李喜峰张群黄丽章壮健张莉严学俭复旦大学材料科学系上海200433

在室温条件下采用直流反应磁控溅射法制备了新型透明导电In2O3:Mo薄膜.研究了溅射压强中氧气百分含量[P(O2)]为8.0%～18.0%时对薄膜光电特性以及表面形貌结构的影响.结果表明,薄膜的光电性能对溅射压强中P(O2)非常敏感.分析显示P(O2)决... 详细信息

在室温条件下采用直流反应磁控溅射法制备了新型透明导电In2O3:Mo薄膜.研究了溅射压强中氧气百分含量[P(O2)]为8.0%～18.0%时对薄膜光电特性以及表面形貌结构的影响.结果表明,薄膜的光电性能对溅射压强中P(O2)非常敏感.分析显示P(O2)决定了薄膜中的氧空位含量和载流子浓度,从而影响了薄膜的光电特性.原子力显微镜观察表明,适量的P(O2)条件下可以获得平均粗糙度为0.3 nm、颗粒均匀、表面平整的薄膜.室温制备的IMO薄膜在可见光区域的平均透射率(含玻璃基底)高达82.1%,电阻率低至5.9×10-4 Ω·cm.

关键词：透明导电氧化物 In2O3:Mo薄膜直流反应磁控溅射法室温

AlCrON太阳能选择性吸收涂层的制备及性能研究

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太阳能学报 2015年第4期36卷 907-910页

作者：崔银芳尹万里王启孙守建谢光明北京市太阳能研究所集团有限公司北京100012 北京桑达太阳能技术有限公司北京100012

采用直流反应磁控溅射及空气中300℃热处理法在Cu基底上制备Al Cr ON太阳能选择性吸收涂层。对所制备涂层的光谱选择性吸收性能和热稳定性能进行表征,涂层的吸收比和发射比分别为0.921和0.075。结果表明涂层具有较高的光学性能。另外,... 详细信息

采用直流反应磁控溅射及空气中300℃热处理法在Cu基底上制备Al Cr ON太阳能选择性吸收涂层。对所制备涂层的光谱选择性吸收性能和热稳定性能进行表征,涂层的吸收比和发射比分别为0.921和0.075。结果表明涂层具有较高的光学性能。另外,空气中300℃、100 h热处理后涂层的光学性能几乎不变,表明该涂层适用于平板太阳集热器。

关键词：太阳选择性吸收涂层直流反应磁控溅射法 AlCrON涂层热稳定性能

氧气分压对反应溅射制备TiO_2薄膜带隙的影响

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光谱学与光谱分析 2004年第5期24卷 603-605页

作者：赵青南李春领刘保顺赵修建武汉理工大学硅酸盐材料工程教育部重点实验室

在不同的氧气分压下 ,用直流反应磁控溅射法制备了玻璃基TiO2 薄膜试样 ,测试了试样的荧光发射光谱。结果表明 ,氧气分压为 0 35和 0 6 5Pa时 ,荧光光谱在 370 ,4 72和 5 14nm处出现发射峰 ;氧气分压为 0 10和 0 15Pa时 ,发射光谱... 详细信息

在不同的氧气分压下 ,用直流反应磁控溅射法制备了玻璃基TiO2 薄膜试样 ,测试了试样的荧光发射光谱。结果表明 ,氧气分压为 0 35和 0 6 5Pa时 ,荧光光谱在 370 ,4 72和 5 14nm处出现发射峰 ;氧气分压为 0 10和 0 15Pa时 ,发射光谱峰出现在 370和 4 90nm处。试样带隙为 3 35eV。0 35和 0 6 5Pa氧气分压下溅射的试样在带隙中有两个分别低于导带底 0 72和 0 94eV的缺陷能级 ,0 10和 0 15Pa氧气分压下溅射的试样在带隙中有一个位于导带底 0 2 3和 1 2 9eV之间的缺陷能带 ;增加氧气分压 ,缺陷能带转变成两个缺陷能级 ,在 0 6 5Pa氧气分压下 ,缺陷能级几乎消失。

关键词：氧气分压二氧化钛薄膜带隙结构直流反应磁控溅射法制备荧光发射光谱缺陷能级

透明导电ZnO∶Al(ZAO)纳米薄膜的性能分析

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真空科学与技术 2003年第1期23卷 9-11,15页

作者：陆峰徐成海曹洪涛裴志亮孙超闻立时东北大学机械工程与自动化学院沈阳110004 中国科学院金属研究所沈阳110015

用直流反应磁控溅射法制备ZAO纳米薄膜 ,对这种薄膜进行了XRD分析 ,并对其光、电性能作了详细的研究。结果表明 :ZAO薄膜的结构为标准的ZnO纤锌矿相 ,没有Al2 O3 相出现 ;其最低电阻率为 4 5× 10 -4Ω·cm、可见光透射率在 80 %以上 ... 详细信息

用直流反应磁控溅射法制备ZAO纳米薄膜 ,对这种薄膜进行了XRD分析 ,并对其光、电性能作了详细的研究。结果表明 :ZAO薄膜的结构为标准的ZnO纤锌矿相 ,没有Al2 O3 相出现 ;其最低电阻率为 4 5× 10 -4Ω·cm、可见光透射率在 80 %以上 ,红外波段的反射率达 70 %以上。

关键词：纳米薄膜直流反应磁控溅射法结构电阻率透射率反射率半导体氧化锌氧化铝

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CdIn2O4薄膜的制备及光电性能研究

CdIn2O4薄膜的制备及光电性能研究

作者：杨丰帆重庆大学

学位级别：硕士

CdIn2O4(CIO)薄膜是一种n型三元金属氧化物薄膜材料,由于其优异的光电性能和广泛的应用前景而倍受人们的青睐,成为当前透明导电氧化物(TCO)薄膜研究领域的热点之一。目前,商业上制备透明导电薄膜最常用的方法是直流反应磁控溅射法,但利... 详细信息

CdIn2O4(CIO)薄膜是一种n型三元金属氧化物薄膜材料,由于其优异的光电性能和广泛的应用前景而倍受人们的青睐,成为当前透明导电氧化物(TCO)薄膜研究领域的热点之一。目前,商业上制备透明导电薄膜最常用的方法是直流反应磁控溅射法,但利用这种方法制备高质量的CIO薄膜的报道较少,缺乏低成本、大面积商业化制备技术是制约CIO薄膜走向实际应用的障碍之一。为此,本文在综述国内外CIO薄膜的研究发展概况基础上,采用实验研究与理论分析相结合的方法,对CIO薄膜的制备工艺和光电性能进行了较深入的研究。本文在JGP450型高真空磁控溅射台上,采用直流反应磁控溅射法制备了CIO薄膜,用AFM、XRD和XPS分析了样品的表面形貌、组织结构、化学态和元素价态。结果表明:制备的薄膜是多晶结构,表面粗糙度为1.6nm～2.4nm,晶粒尺寸约为13nm～35nm,晶界比较清晰;薄膜含有CIO相、In2O3相,部分样品还含有微量的CdO相;CIO薄膜包含了Cd、In、O和C元素,并处于缺氧状态。采用霍尔效应测试仪、紫外-可见双光束分光光度计等手段对不同条件下制备的薄膜的电学和光学性能进行了分析,实验结果表明,随着氧浓度的降低、基底温度的增加和溅射时间的适当延长,薄膜的导电性能得到提高;而随着氧浓度的升高、基底温度的增加、溅射时间适当延长薄膜的透光性能得到提高。在N2气氛中进行退火处理有利于提高CIO薄膜的结晶度和光电性能。从大量的实验数据中,归纳出光电性能与制备条件之间的关系,推荐直流反应磁控溅射法制备CIO薄膜的最佳制备工艺条件为:氧浓度为4.29%,工作压强为3.1Pa,沉积温度为250℃,溅射功率为50W,溅射时间为45min,靶基距为7.5cm。此条件下获得的薄膜,电阻率为2.95×10-4?.cm;载流子浓度为3.508×1020cm-3;霍尔迁移率为60.32cm2/V.S,在可见光区域内,波长为628nm时薄膜的透光率高达91.7%。可见CIO薄膜有着非常良好的光电性能。此外,本文还研究了CIO薄膜的Seebeck效应,并利用Swanepoel方法从透射光谱中计算出薄膜厚度、吸收系数、光学带隙以及吸收带尾局域态宽度,并进行了机理分析。

关键词： CIO薄膜直流反应磁控溅射法电学性能光学性能

LaMnO3/Y2O3双层热敏薄膜材料的磁控溅射法制备工艺及性能研究

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LaMnO3/Y2O3双层热敏薄膜材料的磁控溅射法制备工艺及性能研究

作者：阿依努尔·阿力木新疆大学

学位级别：硕士

负温度系数热敏电阻器(NTC)具有电阻值随着环境温度升高而降低的特性。它对温度变化的灵敏度高,价格低廉,广泛应用于温度测量、温度控制和温度补偿等领域。NTC热敏电阻器在25～500°C的宽温度范围内使用时,要求其具有较低的材料常数B值... 详细信息

负温度系数热敏电阻器(NTC)具有电阻值随着环境温度升高而降低的特性。它对温度变化的灵敏度高,价格低廉,广泛应用于温度测量、温度控制和温度补偿等领域。NTC热敏电阻器在25～500°C的宽温度范围内使用时,要求其具有较低的材料常数B值、高电阻率ρ和优良的热稳定性能。像这种宽温区热敏电阻器的应用领域涵盖各种采暖设备、家用电器和工业温度检测。它是替代金属传感器的理想产品,具有非常广阔的应用前景。因此,越来越多的研究学者在这方面展开研究。目前,宽温区热敏电阻器材料的研究主要集中在单相钙钛矿氧化物(ABO)和复合材料上。但由于这类材料的制备工艺复杂,烧结条件苛刻,限制了其实际的应用。因此,探索新的NTC材料或者结构作为宽温区热敏电阻器是具有非常重要的意义。在单相钙钛矿氧化物材料中,LaMnO具有NTC特性,室温电阻率低,且B值也低。为了得到能够在较宽温区中应用的NTC热敏电阻器,本文将设计双层结构的NTC热敏电阻薄膜,将低阻相LaMnO和高阻相YO做成双层结构薄膜,得到高阻值低B值的热敏电阻器,并且有望在宽温区中得到应用。本文通过直流反应溅射的方法制备了LaMnO单层热敏电阻薄膜材料,YO单层热敏电阻薄膜材料和LaMnO/YO双层结构热敏电阻薄膜材料。对LaMnO单层热敏电阻薄膜材料,通过对比不同溅射功率,不同溅射时间和不同退火温度,探究不同溅射条件对LaMnO薄膜材料的微观形貌,元素分布,电性能的影响,得到了磁控溅射的优化参数。并研究了不同退火温度对YO单层热敏电阻薄膜材料相结构,微观形貌,元素成分和阻温特性的影响;对于双层结构薄膜材料,探究不同退火温度对双层结构薄膜材料相结构,微观形貌,元素分布,电性能的影响,最终得到了高阻值低B值的热敏电阻双层薄膜。通过XRD,SEM,EDS,XPS等测试手段探究了单层和双层结构薄膜的相结构,微观形貌,元素分布,离子价态。通过阻温测试,霍尔效应测试对薄膜进行了电性能研究。主要结论如下:(1)采用直流反应溅射的方法溅射La-Mn合金靶材,制备LaMnO薄膜,通过改变溅射时间,溅射功率和退火温度,得到了磁控溅射的优化参数。LaMnO热敏电阻薄膜在25～90°C电阻值都随着温度的升高而降低,呈现出良好的负温度系数特性。EDS面扫分析表明,采用直流反应磁控溅射法溅射La-Mn合金靶材,样品经过700°C退火处理后,能够得到与靶材组分近似一致的陶瓷薄膜。在25°C时电阻值R的从56.8 kΩ减小到26.5 kΩ,B值从3864K减小到3347 K。并且随着退火温度的升高,薄膜的厚度增大,薄膜的氧含量增多,薄膜的电阻值降低。在300°C下老化300h后,退火温度为650,700,750和800°C样品,老化系数分别为3.41%,2.48%,2.25%,2.10%。(2)采用直流反应溅射的方法溅射Y靶,制备YO薄膜。研究了不同退火温度对薄膜相结构,微观形貌,元素成分的影响。从SEM分析中可知,随着退火温度的升高,薄膜的晶粒尺寸逐渐增大,晶粒呈柱状生长。并且薄膜的厚度几乎没有随着退火温度的升高而变化。从XPS分析中可知,当退火温度为650°C时,薄膜的化学计量比最接近YO。(3)采用直流反应溅射的方法溅射La-Mn合金靶材和Y靶,制备LaMnO/YO双层结构热敏薄膜材料。从XRD分析中可知,不同退火温度下双层结构薄膜样品均形成了钙钛矿相和YO相,无其他杂相生成。从SEM图中可知,LaMnO/YO双层结构薄膜随着退火温度的升高,薄膜晶粒尺寸先减小后增大,并且双层之间均有明显的界面,LaMnO层很好地附着在YO层上,并且界面处没有发现裂纹。结合EDS线扫图可知,双层之间没有元素的扩散,说明成功制备出了LaMnO/YO双层结构热敏电阻薄膜。由电学性能测试可知,双层结构薄膜半导体导电类型是n型。双层薄膜样品在25°C时,电阻值R随着退火温度的升高先增大后减小,范围在13.1～3.7 MΩ,B值从1952K增加到2691 K。在300°C下老化300 h后,退火温度为650,700,750和800°C样品,老化系数分别为20.7%,21.9%,18.1%,16.9%。LaMnO/YO双层结构热敏薄膜材料中YO层的主要作用是提高了热敏薄膜材料整体的电阻值,而双层结构薄膜的电阻值随退火温度的变化原因主要是因为LaMnO层中的晶粒尺寸大小和Mn,Mn之间电子的跳跃导电共同影响。

关键词：直流反应磁控溅射法 LaMnO3/Y2O3双层结构热敏薄膜阻温特性老化稳定性