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衬底加热和电极修饰对提高有机场效应晶体管性能的影响

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发光学报 2015年第5期36卷 521-525页

作者：郑灵程蒋晶王倩吴峰程晓曼天津理工大学理学院天津300384 天津理工大学教育部显示材料与光电器件重点实验室天津光电材料与器件重点实验室天津300384

通过衬底加热和氧化钼(Mo O3)修饰源漏极制备了并五苯有机场效应晶体管。研究了衬底温度和电极修饰层厚度对器件性能的影响。实验结果表明:当衬底温度为60℃、Mo O3修饰层为10 nm时,器件性能获得了显著增强,场效应迁移率由原来的3.39×1... 详细信息

通过衬底加热和氧化钼(Mo O3)修饰源漏极制备了并五苯有机场效应晶体管。研究了衬底温度和电极修饰层厚度对器件性能的影响。实验结果表明:当衬底温度为60℃、Mo O3修饰层为10 nm时,器件性能获得了显著增强,场效应迁移率由原来的3.39×10-3cm2/(V·s)提高到2.25×10-1cm2/(V·s),阈值电压由12 V降低到3 V。器件性能的改善归因于:衬底加热可以优化有源层形貌,改善载流子传输;而Mo O3修饰层显著降低了电极与有源层之间的接触势垒,提高了载流子的注入。因此,衬底加热与电极修饰对于制备高性能有机场效应晶体管是不可或缺的优化手段。

关键词：有机场效应晶体管衬底加热电极修饰载流子注入传输

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预制层衬底加热对Cu_2ZnSnS_4薄膜性能的影响

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人工晶体学报 2016年第4期45卷 1017-1023页

作者：张俊芝代福范东华郑春来五邑大学应用物理与材料学院江门529020 陕西理工学院物理与电信工程学院汉中723000

本文采用二步法制备Cu_2ZnSnS_4(CZTS)薄膜,首先通过真空热蒸发制备CuZnSn(CZT)预制层,其衬底加热温度分别为20℃、50℃、75℃和100℃,然后对所制备的CZT预制层在400℃下硫化60 min,从而制备出CZTS薄膜。利用XRD、Raman、SEM、反射谱和... 详细信息

本文采用二步法制备Cu_2ZnSnS_4(CZTS)薄膜,首先通过真空热蒸发制备CuZnSn(CZT)预制层,其衬底加热温度分别为20℃、50℃、75℃和100℃,然后对所制备的CZT预制层在400℃下硫化60 min,从而制备出CZTS薄膜。利用XRD、Raman、SEM、反射谱和透射谱对所制备的CZTS薄膜进行了表征,实验结果表明,预制层衬底加热温度对CZTS薄膜结构与光学特性有很大影响,在衬底加热50℃时制备预制层硫化后所得CZTS薄膜具有高的结晶度、致密均匀的薄膜表面和最佳1.5 e V光学带隙。此外,与衬底未加热制备预制层在500℃和90 min最佳硫化条件下所制备的高纯CZTS薄膜相比,在50℃预制层衬底加热条件下所制备CZTS薄膜具有更好地结晶质量、更低的硫化温度和更短的硫化时间,这种现象表明衬底加热制备金属预制层利于更高品质CZTS薄膜的制备,可有效的降低硫化温度和缩短硫化时间,当前的研究结果为在低温下实现高质量CZTS薄膜的制备提供了一种有效的途径。

关键词： Cu2ZnSnS4(CZTS)薄膜衬底加热晶体性能

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衬底加热和电极修饰对有机场效应晶体管性能影响的研究

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衬底加热和电极修饰对有机场效应晶体管性能影响的研究

作者：郑灵程天津理工大学

学位级别：硕士

自从有机场效应晶体管(OFETs)诞生以来就受到了广泛关注,由于具有制备工艺简单、成本低廉、适合低温大面积制造、可与柔性衬底兼容等诸多优势,使其在电子器件中有着巨大应用潜力。它可以用于智能卡、传感器、电子纸、射频识别标签等,为... 详细信息

自从有机场效应晶体管(OFETs)诞生以来就受到了广泛关注,由于具有制备工艺简单、成本低廉、适合低温大面积制造、可与柔性衬底兼容等诸多优势,使其在电子器件中有着巨大应用潜力。它可以用于智能卡、传感器、电子纸、射频识别标签等,为大规模集成电路、平板显示驱动等提供了新的解决方案,成为有机电子器件中重要的研究领域。OFETs是注入型的器件,载流子传输的和注入都对其器件性能起着至关重要的影响。一方面,在有源层制备过程中进行衬底加热是一种行之有效的改善薄膜形态的手段,可以进而优化载流子传输;另一方面,在电极与有源层间插入修饰材料可以有效地提高载流子注入。因此,本文主要从上述两个方面,采用衬底加热,分别在基于p型和n型半导体材料的器件中使用电极修饰材料,研究了不同的衬底温度条件和电极修饰层厚度对器件性能的影响。具体研究内容如下:(1)制备了基于并五苯为有源层、PMMA为绝缘层的底栅顶接触结构OFETs器件,在并五苯薄膜的真空蒸镀过程中控制衬底温度分别保持在15、30、60、90?C。结果显示在60?C衬底温度条件下器件性能最好,器件的有效迁移率从15?C的2.9×10-4 cm2/V·s提高到3.39×10-3cm2/V·s。通过理论分析,分析了60?C衬底温度下器件性能达到最优的原因。(2)基于衬底加热的最佳优化条件,制备了基于并五苯和PMMA分别有源层和绝缘层的底栅顶接触结构OFETs器件,并在Al电极和并五苯有源层间插入过渡金属氧化物Mo O3。结果显示,与未插入Mo O3修饰层的器件相比,器件的有效迁移率达到2.25×10-1cm2/V·s,提高了66倍,阈值电压也由12V降到了3V。这是由于Mo O饰层有效地降低了Al电极和并五苯之间的注入势垒,降低了接触电阻,从而提高了载流子注入。(3)探索制备了基于n型材料P13为有源层的底栅顶接触OFET器件,采用了OLEDs中常用的对阴极注入起增强作用的Cs2CO3、Cs CH2COOH作为修饰材料,研究这两种修饰层对P13器件性能的影响。制备的未修饰P13器件展示了较典型的n型输出特性,而Cs2CO3修饰后的器件性能有所提高,Cs CH2COOH修饰后的器件未获得稳定的性能,并对实验结果进行了合理的理论分析。

关键词：有机场效应晶体管载流子传输与注入衬底加热电极修饰

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真空溅射镀膜机衬底加热装置的设计

真空 1994年第4期31卷 33-35页

作者：曾祥斌白铁城华中理工大学团体电子学系

真空溅射镀膜设备中加热装置在镀膜时常出现打火现象，本文采用金属屏蔽和外壳接地的方法很好地解决了这一问题。

关键词：溅射镀膜衬底加热装置设计

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退火温度与衬底温度对TiNi薄膜组织结构和相变行为的影响

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退火温度与衬底温度对TiNi薄膜组织结构和相变行为的影响

作者：曹伟产西安理工大学

学位级别：硕士

本文以TiNi形状记忆合金板作为靶材,利用磁控溅射法制备了近等原子比的TiNi合金薄膜,通过衬底加热和晶化退火两种方法获得晶化薄膜,利用TEM、SEM、XRD、DSC等测试方法,系统分析了退火温度、衬底加热温度及Ti含量等对薄膜组织结构和相变... 详细信息

本文以TiNi形状记忆合金板作为靶材,利用磁控溅射法制备了近等原子比的TiNi合金薄膜,通过衬底加热和晶化退火两种方法获得晶化薄膜,利用TEM、SEM、XRD、DSC等测试方法,系统分析了退火温度、衬底加热温度及Ti含量等对薄膜组织结构和相变过程的影响。研究结果表明: 室温下,磁控溅射方法制备的TiNi合金薄膜为非晶态,薄膜以柱状生长。随溅射功率的增大和Ti含量的增加,薄膜的晶化温度下降;富Ni薄膜在晶化退火的过程中伴随有析出相产生,晶化过程为:非晶→非晶+B2+TiNi→B2+TiNi。非晶富Ni薄膜经520℃晶化退火后,可获得B2相等轴晶,晶粒大小在50nm左右。随退火温度升高,薄膜中的B2相和Ti3Ni4相的晶粒也随之长大,在560℃时B2相晶粒在500nm左右。随退火温度的升高Ti3Ni4相形貌变化规律为:细小颗粒→细小椭圆片状→椭圆透镜片状→粗片状。衬底加热480℃以上获得的富Ni薄膜为晶态,晶粒大小比较均匀,薄膜的生长过程属于层核生长型。随薄膜厚度增加,B2相晶粒由等轴晶转变为柱状,距离基片越远这种生长形式愈加明显。衬底加热可以降低薄膜的晶化温度,同时可以有效的抑制析出相的产生。富Ni薄膜在降温过程中发生两步相变,其顺序为A→R、R→M相变;在升温过程发生只有一步相变,即M→B2的转变。富Ti薄膜在530℃晶化退火后,室温下薄膜中存在三种相,B2相基体、Ti2Ni相和TiNi相,衬底530℃加热溅射富Ni薄膜在室温下组织中只存在B2相。两种工艺获得的晶化薄膜相变行为与富Ni薄膜一致。由于第二相TiNi的出现,富Ti薄膜与富Ni薄膜相比相变温度明显提高。薄膜在升、降温过程中TiNi相不发生变化。在不同溅射条件下制得的TiNi薄膜在奥氏体状态下的残余应力均为拉应力,在溅射功率和工作气压相同的情况下,退火温度越高,残余应力越小。溅射时间延长,薄膜厚度增加,应力减小。衬底温度越高残余应力越大,而且明显高于真空退火薄膜的应力值。

关键词： TiNi薄膜退火温度衬底加热组织结构马氏体相变

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GaN LED器件外延膜的激光剥离的研究

GaN LED器件外延膜的激光剥离的研究

作者：黄瑾厦门大学

学位级别：硕士

GaN及其化合物是直接带隙半导体材料,它的禁带宽度从1.9eV～6.2eV连续可调,发光范围覆盖了从红色到紫外的光谱,GaN材料是一种理想的短波长发光材料。它主要用于制作蓝、紫、紫外发光二极管(LED),激光器(LD)、紫外(UV)光电探测器等光电... 详细信息

GaN及其化合物是直接带隙半导体材料,它的禁带宽度从1.9eV～6.2eV连续可调,发光范围覆盖了从红色到紫外的光谱,GaN材料是一种理想的短波长发光材料。它主要用于制作蓝、紫、紫外发光二极管(LED),激光器(LD)、紫外(UV)光电探测器等光电子器件。GaN和Si之间的晶片键合和激光剥离工艺可以很方便的实现不同材料的集成,为GaN基材料的外延生长、器件的工艺制作提供一个新的研究方向。本文利用键合和激光剥离技术,实现了φ2英寸GaN LED器件外延薄膜的激光剥离,并且实现蓝宗石衬底的重新利用。通过理论计算优化激光剥离的参数,利用衬底加热的方式实现降低阈值密度快速的激光剥离。目前国内外还没有这样的报道。并获得了以下的研究结果。 (1)实现2英寸GaN LED外延膜的大面积完整剥离,剥离后的表面非常完整,没有裂纹。剥离后的样品保留了InGaN/GaN有源层结构。剥离后表面粗糙度增大,一方面是由于在剥离过程中GaN薄膜的热分解引起的;另一方面是由于剥离开的表面原来与蓝宝石相连,蓝宝石和GaN的晶格失配较大。 (2)在剥离掉的蓝宝石(α-A1O)衬底上成功的外延生长InGaN/GaN MQW＇sLED器件结构,实现了蓝宝石衬底的重复利用,并与同一生长条件下有蓝宝石衬底上的GaN LED对比。对比结果表明,剥离掉的蓝宝石衬底上重新生长的GaN LED外延膜比较后者,PL峰值波长发生蓝移,这是由于外延生长前对剥离掉的蓝宝石进行正面抛光处理,衬底正面抛光使GaN LED外延膜应力发生释放。 (3)理论上分析压了强和GaN分解温度的关系,提出一种可以通过降低气压实现快速、低功率激光剥离GaN基外延膜的方法。 (4)通过加热衬底温度,减小激光剥离的阈值功率密度,放大光斑,实现快速的激光剥离。本论文得到国家自然科学基金60276029和福建省自然科学基金A0210006的资助。

关键词： GaN 激光剥离蓝宝石衬底抛光衬底加热

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Cu2ZnSnS4薄膜的制备及性能优化

Cu2ZnSnS4薄膜的制备及性能优化

作者：张俊芝五邑大学

学位级别：硕士

CuZnSnS(CZTS)是一种直接带隙p型半导体,具有高的吸收系数(>104cm-1),有与太阳能电池匹配的最佳禁带宽度(1.5 eV),高的理论极限转化效率(32.2%),组成元素储量丰富且无毒,因此成为最有发展前景的新型太阳能电池材料之一。本文旨在探索薄... 详细信息

CuZnSnS(CZTS)是一种直接带隙p型半导体,具有高的吸收系数(>104cm-1),有与太阳能电池匹配的最佳禁带宽度(1.5 eV),高的理论极限转化效率(32.2%),组成元素储量丰富且无毒,因此成为最有发展前景的新型太阳能电池材料之一。本文旨在探索薄膜生长机理,完善CZTS薄膜制备工艺,从而实现高性能薄膜的制备。采用真空热蒸发法及后续硫化工艺制备CZTS薄膜,通过X-射线衍射仪、拉曼光谱仪、扫描电子显微镜、紫外可见分光光度计等测试手段对薄膜进行了一系列表征,研究其物相结构、形貌、光电性能。具体研究内容如下:1.用真空热蒸发法制备Zn/Cu/Sn叠层预制层膜,再在硫气氛中硫化反应法(二步法)制备CZTS薄膜,研究硫化温度和硫化时间对CZTS薄膜生长的影响,探讨薄膜形成过程中物相结构的转变及动态过程。硫化反应时间短、温度低时,小部分预制层材料被硫化生成CZTS相,制备的样品主要由SnS、CuS、CuSnS和ZnS等杂质相组成。硫化时间长、温度过高会导致Sn元素挥发CZTS分解。最终获得最佳硫化温度为500o C,最佳硫化时间是90 min。另外,实验发现在约533K的低温时易产生立方CuSnS,在823K的高温会引起CZTS分解生成四方结构的CuSnS。2.采用三步法制备CZTS薄膜:首先真空热蒸发沉积叠层预制层,接着在不同温度下对预制层进行退火处理,最后硫化预制层获得薄膜。在预制层退火温度为300o C时制备的薄膜结晶质量最好:晶度高、颗粒致密且表面均匀、光学带隙适宜。与二步法制备的最佳薄膜样品对比研究,发现退火处理预制层不仅可以改善CZTS薄膜质量,还能降低硫化工艺条件,即降低硫化温度缩短硫化时间。3.采用先真空热蒸发后硫化的二步法制备CZTS薄膜,系统的研究了制备CZT预制层时的衬底温度对CZTS薄膜的结晶度及晶体质量的影响。发现硫化衬底温度50oC沉积的预制层所制备的CZTS薄膜结晶度高,薄膜表面平滑且颗粒排列致密,有光学带隙计算值适宜为1.5 eV。和三步法相比,预制层衬底加热使预制层在真空蒸镀时形成合金相,不仅有助于制备高质量CZTS薄膜而且实验更为简便。

关键词： CZTS薄膜硫化条件预制层退火衬底加热性能优化

热处理对Cr/Au双层薄膜显微结构和应力的影响

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热处理对Cr/Au双层薄膜显微结构和应力的影响

作者：汪博洋哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

本文采用直流磁控溅射法在玻璃态SiO衬底上制备Au薄膜。由于两者之间错配系数太大，导致Au膜与衬底之间附着力较差，在沉积Au之前，先在衬底上沉积一层Cr作为中间层。最后制得SiO厚度0.36mm、Cr膜层30nm、Au层200nm的复合薄膜。制得的... 详细信息

本文采用直流磁控溅射法在玻璃态SiO衬底上制备Au薄膜。由于两者之间错配系数太大，导致Au膜与衬底之间附着力较差，在沉积Au之前，先在衬底上沉积一层Cr作为中间层。最后制得SiO厚度0.36mm、Cr膜层30nm、Au层200nm的复合薄膜。制得的双层薄膜进行不同条件的热处理工艺：退火处理和沉积时衬底加热。使用XRD技术的θ-2θ扫描模式表征了Cr/Au双层薄膜物相与微观应变、2θ-ω扫描模式表征了薄膜的宏观应力，使用原子力显微镜对薄膜的表面形貌进行表征，使用四探针测试仪对薄膜的导电性能进行表征，以详细和系统地研究各种热处理工艺对Cr/Au双层薄膜各性质和性能有何影响。研究后得出，在没有衬底加热的情况下，所制得Cr/Au双层薄膜的Au膜层具有强烈的(111)晶面织构，其上层Au膜中存在拉应力。退火处理后薄膜的织构也并没有明显消减，但可有效消除薄膜中的残余宏观应力以及由位错和空穴等缺陷引起的微观应变，通过提高退火温度和延长退火时间，可以加强各种应力应变消减。在溅射沉积Au膜层时对衬底进行加热，则可以减弱Au膜层的织构现象，但会使薄膜的微观应变明显增大，且使其膜中存在的残余应力为拉应力。薄膜的表面形貌极其容易受到热处理工艺的影响。无论是增加退火温度或是延长退火时间，均可使薄膜表面的粗糙度降低，表面颗粒尺寸减小。如在制备薄膜过程中对衬底进行加热，会显著改变薄膜表面形貌，表面颗粒尺寸急剧增加，粗糙度变大。且随着衬底温度的上升，这一变化越加明显，当衬底温度达到200℃，薄膜的最大高度差将大于80nm。退火还会导致Au薄膜的晶面间距减小。Au膜晶面间距缩小速率与退火温度并不成正比。其与退火温度的变化关系呈“S”形曲线，在300℃左右存在临界点。当退火温度低于临界点时，晶面间距缩小速率较慢，且缩小速率随退火温度的增大速度也较小。在425℃左右速率达到峰值，晶面间距趋于稳定。这一变化是因为退火导致的Cr/Au双层薄膜各层之间元素相互扩散。其中由于Cr原子半径小于Au原子半径，Cr原子扩散入Au膜厚会导致晶格收缩，因而晶面间距减小。当退火温度低于200℃时，因为退火处理使薄膜内部微观应变减小，所以可以减小薄膜的表面方块电阻，增加薄膜的导电能力。一旦退火温度超过200℃，加热引起的层间元素扩散所造成的负面效应将会超过微观应变减小的影响，薄膜的方块电阻会加速上升，且上升程度取决于层间扩散的程度。相较与退火时间，退火温度对薄膜导电性的影响更大。在制备薄膜时对衬底进行加热也会导致薄膜的导电能力下降。即使衬底的加热温度在200℃以下，仍可观察到薄膜随温度的上升，表面方块电阻明显的增加。综合到薄膜的性能方面可以看出，较高温度的退火会降低薄膜性能，但低于175℃对退火工艺还是可以改善薄膜性能的。

关键词：退火衬底加热应力薄膜金铬