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远红外透明导电碲化镍薄膜的制备及种子层引入和合金化改性研究

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远红外透明导电碲化镍薄膜的制备及种子层引入和合金化改性研究

作者：于成龙吉林大学

学位级别：硕士

红外透明导电薄膜因其在红外波段具有高透射率和高导电率,被广泛应用于透明电极、红外光电探测器、红外整流罩等军事及民用领域。但红外透明与导电之间在物理起源上存在矛盾,往往顾此失彼。尽管目前已开发出在可见以及近红外波段可以兼... 详细信息

红外透明导电薄膜因其在红外波段具有高透射率和高导电率,被广泛应用于透明电极、红外光电探测器、红外整流罩等军事及民用领域。但红外透明与导电之间在物理起源上存在矛盾,往往顾此失彼。尽管目前已开发出在可见以及近红外波段可以兼备高透明与高导电的透明导电薄膜,如氧化铟锡(In2O3:Sn,ITO)等。但在远红外波段(8-12μm),由于受到载流子带内吸收的强烈影响,其透射率相较于可见光波段来说下降较多,不适合远红外透明导电的应用。碲化镍作为近年来新兴的一类拓扑半金属材料,具有优异的光电性质,且已有研究者对其可见光波段的透明导电性能进行了相关探索。然而,碲化镍的远红外透明导电性质尚未被深入研究。在本文中,我们将碲化镍引入到红外透明导电领域,通过成分优化、种子层引入以及与碲化钨共溅射的方法显著改善了碲化镍薄膜的红外透明导电性质,所获薄膜远红外透射率的大小在80%-63%之间变化,导电率在1200-7952 S/cm之间变化。最终解决了红外透射率与电导率难以兼得的问题,为远红外透明导电材料的研发提供了新的思路。主要研究内容如下:(1)碲化镍薄膜的制备与沉积条件优化。我们发现衬底温度以及薄膜厚度能够显著影响薄膜的光电性质,这主要因为它们显著影响薄膜的晶粒尺寸以及空位缺陷浓度,进而影响的迁移率和载流子浓度。通过透明导电品质因子(figure of merit,FOM)的计算,我们发现退火并不能显著改善光电性质,但适当的增加衬底温度(450℃)以及改变薄膜厚度(10-20 nm)有利于改善光电性质。(2)碲含量对碲化镍薄膜红外透明导电性质影响的研究。我们发现相结构和Te含量能够明显的影响薄膜的透明导电性质,这归因于它们影响了薄膜中的Te空位缺陷浓度,进而影响了迁移率与载流子浓度。通过光电品质因数的计算结果,我们发现碲化镍单相时具有最佳的透明导电综合性能,此时薄膜中Te与Ni的相对含量为1:1,当膜厚为10 nm时,其电导率为1200 S/cm,远红外透射率为80%。当膜厚为20 nm时,其电导率为1666 S/cm,远红外透射率为68%。(3)同质种子层的引入对碲化镍薄膜红外透明导电性质影响的研究。为了提升薄膜的电导率,我们采用种子层原位退火来诱导薄膜生长的方法制备了碲化镍薄膜。通过对薄膜进行红外透射率以及电导率的测试,我们发现原位退火时间为5 min时的薄膜最能兼备高透明与高导电的性质,其电导率为3000 S/cm,远红外透射率为64%。通过对薄膜进行一系列的表征,我们发现在种子层的诱导作用下,薄膜中空位缺陷浓度发生了变化,引起了迁移率与载流子浓度的变化,影响了薄膜的透明导电性质。(4)碲化钨对碲化镍薄膜红外透明导电性质影响的研究。为了进一步增加电导率,我们以碲化钨为靶材,与碲化镍进行共溅射,由此制备了具有不同W含量的薄膜,同时研究了厚度以及退火温度的影响。通过红外透射率以及电导率的测试,我们发现100 W Ni Te2/100 W WTe2条件下制备的薄膜具有最佳的透明导电综合性能,此时Ni与W的相对含量为0.19:0.81,电导率为7952 S/cm,远红外透射率为63%。通过对薄膜的一系列表征,我们发现WTe2的引入显著的影响了载流子浓度,使得迁移率上升,最终影响到了薄膜的透明导电性质。

关键词：远红外波段透明导电碲化镍薄膜种子层合金化

透明导电CuCr_(1-x)Mg_(x)O_(2)(x=0-0.08)薄膜的固溶度扩展和c轴外延生长

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材料导报 2021年第10期35卷 10008-10012页

作者：沈艳刘丹丹宋世金唐艳艳胡一丁武浩荣虞澜昆明理工大学材料科学与工程学院昆明650093

采用脉冲激光沉积(PLD)技术,在0~15°斜切的α-Al_(2)O_(3)(0001)衬底上生长了c轴外延的CuCr_(1-x)Mg_(x)O_(2)(x=0-0.08)系列薄膜。随Mg掺杂量增加,薄膜均为单相铜铁矿结构,表现出符合Arrhenius热激活模式的半导体电输运行为,室温电阻... 详细信息

采用脉冲激光沉积(PLD)技术,在0~15°斜切的α-Al_(2)O_(3)(0001)衬底上生长了c轴外延的CuCr_(1-x)Mg_(x)O_(2)(x=0-0.08)系列薄膜。随Mg掺杂量增加,薄膜均为单相铜铁矿结构,表现出符合Arrhenius热激活模式的半导体电输运行为,室温电阻率单调下降2~3个数量级,热激活能由0.22 eV下降至0.025 eV,由此推断薄膜中Mg的固溶度至少为0.08,与多晶(~0.03)相比显著扩展。这是由于PLD薄膜生长具有非平衡、瞬时爆炸特征,使靶材第二相(MgCr_(2)O_(4))中的Mg重新以等离子态定向运输到衬底上,迁移固溶到薄膜晶格中,固溶度扩展。薄膜(x=0,0.02)在380~780 nm可见光区的透过率为60%~80%,直接光学带隙E g分别为3.06 eV、3.04 eV。更多Mg^(2+)替代Cr^(3+)时,会在价带顶上方引入受主能级并展宽,使热激活能显著下降,产生更多空穴载流子,透过率和光学带隙略有下降;Mg固溶到晶格中,促进薄膜层状晶粒长大,外延性提高,使电阻率进一步下降。

关键词： CuCr_(1-x)Mg_(x)O_(2)薄膜透明导电脉冲激光沉积固溶度扩展 c轴外延生长

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柔性透明导电薄膜的研究现状、应用及趋势

江苏大学学报（自然科学版） 2005年第1期26卷 62-66页

作者：赵玉涛何维凤李素敏李长生江苏大学材料科学与工程学院江苏镇江212013 江苏大学微纳米科学技术研究中心江苏镇江212013

综述了目前制备柔性透明导电膜的主要技术及其优缺点,柔性透明导电薄膜是在柔性衬底上沉积的一种透明导电膜,制备这种膜首要的问题是选择合适的衬底材料,其次就是选择合适的制备技术,降低TCO膜的电阻率,提高可见光区的透射率,使薄膜... 详细信息

综述了目前制备柔性透明导电膜的主要技术及其优缺点,柔性透明导电薄膜是在柔性衬底上沉积的一种透明导电膜,制备这种膜首要的问题是选择合适的衬底材料,其次就是选择合适的制备技术,降低TCO膜的电阻率,提高可见光区的透射率,使薄膜性能稳定,重复性好,成本低,达到实用要求.文中阐述了当前该领域的研究现状,并讨论了工业应用对柔性透明导电膜的性能要求及其未来发展趋势.

关键词：透明导电薄膜柔性衬底 ITO ZnO

透明导电薄膜的反红外辐射特性及在冰柜上的应用

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真空科学与技术 1999年第A10期19卷 213-215页

作者：章壮健杨锡良上海复理大学材料科学系

文中讨论了导电金属氧化物薄膜在可见光区域透明和对红外辐射具有高反射率的原理，用反应蒸发的工艺可以制备电阻率约为１０＾－４Ω．ｃｍ的高质量的透明导电薄膜。介绍了这种薄膜用于冰柜的实际例子。

关键词：透明导电薄膜冰柜红外光反红外辐射

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透明导电锡掺杂氧化铟综述文章的故事

物理 2015年第11期44卷 770-773页

作者：林志忠台湾交通大学物理研究所和电子物理系

“桃李春风一杯酒,江湖夜雨十年灯”。——（宋）黄庭坚《寄黄几复》这是另外一个“十年一瞬间”1）的故事!也是一项“美丽的错误”!2014年8月,英国IOP Publishing出版的物理期刊刊登了我们的一篇Topical Review综述文章,题目是“Electr... 详细信息

“桃李春风一杯酒,江湖夜雨十年灯”。——（宋）黄庭坚《寄黄几复》这是另外一个“十年一瞬间”1）的故事!也是一项“美丽的错误”!2014年8月,英国IOP Publishing出版的物理期刊刊登了我们的一篇Topical Review综述文章,题目是“Electronic conduction properties of indium tin oxide：single-particle and many-body transport”（Journal of Physics：Condensed Matter.

关键词：桃李春风透明导电氧化铟江湖夜雨 conduction indium 热电势金属性半导体性氧化物材料

透明导电GZO/Cu/GZO多层薄膜的室温生长及性能研究

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西安理工大学学报 2011年第2期27卷 214-218页

作者：别勋王钰萍吕建国叶志镇浙江大学硅材料国家重点实验室浙江杭州310027

研究Ga掺杂ZnO(GZO)和Cu薄膜形成的GZO/Cu/GZO多层薄膜体系,以期提高透明导电薄膜的综合性能。GZO/Cu/GZO多层薄膜由直流磁控溅射技术在室温下制备,研究Cu层厚度对多层薄膜结构、电学和光学性能的影响。结果表明GZO/Cu/GZO多层薄膜具有... 详细信息

研究Ga掺杂ZnO(GZO)和Cu薄膜形成的GZO/Cu/GZO多层薄膜体系,以期提高透明导电薄膜的综合性能。GZO/Cu/GZO多层薄膜由直流磁控溅射技术在室温下制备,研究Cu层厚度对多层薄膜结构、电学和光学性能的影响。结果表明GZO/Cu/GZO多层薄膜具有较好的结晶性能。随着Cu层厚度的增加,多层薄膜的可见光透射率有所降低,同时电学性能大幅度提升。在Cu层厚度为7.5 nm时,GZO/Cu/GZO多层薄膜获得最优的光电综合性能指标,且相对于单层GZO薄膜ΦTC因子从7.65×10-5Ω-1增加到1.48×10-3Ω-1。

关键词： ZnO 多层薄膜透明导电磁控溅射

射频磁控溅射制备的柔性衬底ZnO∶Al透明导电薄膜的研究

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太阳能学报 1999年第2期20卷 200-203页

作者：杨田林张德恒李滋然马洪磊马瑾山东建材学院分院山东大学物理系山东大学化学系山东大学光电材料与器件研究所

用射频磁控溅射方法在有机柔性衬底上制备出附着性好、电阻率低、透射率高的ＺｎＯ：Ａｌ透明导电膜。研究了薄膜的结构。

关键词：磁控溅射柔性衬底薄膜透明导电氧化锌铝

湿法刻蚀对ZnO∶Al透明导电薄膜结构与性能的影响

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材料导报 2012年第10期26卷 58-60页

作者：杨玲许积文王华江民红袁昌来桂林电子科技大学广西信息材料重点实验室桂林541004

室温下通过直流磁控溅射Al2O3掺杂3%(质量分数)的ZnO靶材制备了厚度约1μm、结晶度高、表面平整光滑的ZnO∶Al透明导电薄膜。研究盐酸、王水和草酸溶液对ZnO∶Al薄膜的湿化学刻蚀行为,分析刻蚀对薄膜微观结构、光刻图案、电学和光学性... 详细信息

室温下通过直流磁控溅射Al2O3掺杂3%(质量分数)的ZnO靶材制备了厚度约1μm、结晶度高、表面平整光滑的ZnO∶Al透明导电薄膜。研究盐酸、王水和草酸溶液对ZnO∶Al薄膜的湿化学刻蚀行为,分析刻蚀对薄膜微观结构、光刻图案、电学和光学性能的影响。结果表明,刻蚀对薄膜的结晶取向性无影响;经盐酸、王水和草酸刻蚀后薄膜的电阻率略有增大,从7.4mΩ.cm分别增大到8.7mΩ.cm、8.8mΩ.cm和8.6mΩ.cm;透光率略有下降,从80%分别下降到76%、77%和78%。0.5%的盐酸刻蚀可以获得结构良好的陷光结构。薄膜在盐酸中刻蚀速率快,易产生浮胶;在草酸中刻蚀图案清晰,但存在残留;在王水中刻蚀图案清晰且无残留。

关键词： ZAO薄膜透明导电湿法刻蚀

溶剂对溶胶-凝胶法制备的掺铝氧化锌透明导电薄膜性质的影响

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光谱实验室 2012年第2期29卷 1158-1163页

作者：张天宝李金培山西农业大学文理学院化学系山西省晋中市太谷县030801 中国科学院理化技术研究所北京市100190

采用溶胶-凝胶法在玻璃基底上制备得到了高透光率,高导电性的掺铝氧化锌薄膜。研究了溶剂对薄膜晶体结构,薄膜厚度,表面形貌,光学性质和电学性质的影响,结果表明:在相同的制备条件下,薄膜的厚度随溶剂沸点的升高而降低;低沸点溶剂制备... 详细信息

采用溶胶-凝胶法在玻璃基底上制备得到了高透光率,高导电性的掺铝氧化锌薄膜。研究了溶剂对薄膜晶体结构,薄膜厚度,表面形貌,光学性质和电学性质的影响,结果表明:在相同的制备条件下,薄膜的厚度随溶剂沸点的升高而降低;低沸点溶剂制备的薄膜由c轴择优取向的六角纤锌矿结构的晶体构成,且比较致密;所有薄膜可见光区的透光率在85%以上;乙二醇独甲醚为溶剂制备的薄膜电阻率最低,为3.0×1-0 4Ωm。

关键词：溶胶-凝胶掺铝氧化锌薄膜溶剂透明导电