拓扑绝缘体(Bi_(1-x)Sb_(x))_(2)Te_(3)薄膜制备及其电输运性能研究

文章利用分子束外延(molecular beam epitaxy, MBE)法,在超高真空的条件下,于蓝宝石衬底上制备超薄的高质量拓扑绝缘体(Bi_(1-x)Sb_(x))_(2)Te_(3)薄膜。利用反射高能电子衍射(reflection high-energy electron diffraction, RHEED)仪、X射线衍射(X-ray diffraction, XRD)仪、显微共焦激光拉曼光谱仪(micro confocal laser Raman spectrometer)和X射线光电子能谱(X-ray photoelectron spectroscopy, XPS)仪对不同Sb掺杂量的样品进行表征,并获得最佳的制备参数。研究结果表明:衬底温度为460℃时Bi和Te的流量比为1∶16左右;在Sb温度为350、360、370、380℃时,可以制得高质量的(Bi_(1-x)Sb_(x))_(2)Te_(3)薄膜。利用霍尔效应测量系统测量样品的电阻率、霍尔系数、迁移率和载流子浓度;测量结果表明,(Bi_(1-x)Sb_(x))_(2)Te_(3)薄膜的载流子浓度和主要载流子类型随x的变化而发生相应的变化,并伴随着费米能级位置的调谐,随着x的增加,在x=0.53到x=0.68的掺杂过程中,费米能级从导带下移到带隙,最终进入价带,多数载流子类型也从自由电子转变成空穴,(Bi_(1-x)Sb_(x))_(2)Te_(3)实现了从n型到p型的转化。

退火时间及后退火对Cu_(2)(Cd x Zn_(1-x))SnS_(4)CdS薄膜太阳电池性能影响的研究

Cu_(2)ZnSnS_(4)薄膜因其元素地壳含量丰富、无毒且具有优异的光电性能,受到研究者的广泛关注。本文基于纳米墨水法用Cd部分取代Zn制成了Cu_(2)(Cd x Zn_(1-x))SnS_(4)(CCZTS)薄膜,研究退火时间和后退火温度对薄膜及其太阳电池性能的影响。研究结果表明,所制备的薄膜为CCZTS相,无其他杂相,薄膜表面平整且致密,结晶性较好。随着退火时间增加,薄膜的晶粒尺寸有所增大,薄膜太阳电池的pn结质量得到提升,其性能也随之提高。通过对薄膜太阳电池进行后退火处理,分析了吸收层的元素扩散对电池性能的影响,在Cd元素形成梯度分布时,电池性能有所提高。随着后退火温度的增加,其电池性能和pn结质量呈现先提高后下降的趋势。经后退火300℃处理后,电池转换效率最佳,为3.13%。

不同生长温度下Zn_(1-x)Sb_(x)O薄膜的结构与发光性能研究

采用固相反应法制备了不同比例的Sb掺杂ZnO靶材,并用脉冲激光沉积(PLD)法在Si(100)基底上制备了Zn_(1-x)Sb_(x)O薄膜。通过XRD、光致发光(PL)谱对所制薄膜进行了结构表征和性能分析,探讨了不同Sb掺杂量和不同生长温度对薄膜结晶质量和发光性能的影响。结果表明:对比纯ZnO的PL谱发现ZnSbO薄膜出现了紫外峰,且随着Sb浓度的增加,所有发光峰的强度相对增大;针对Zn_(0.98)Sb_(0.02)O薄膜,不同的基底生长温度改变了薄膜的紫外和蓝光发射强度,500℃下薄膜具有最好的结晶质量和最强的发光峰;对于500℃下生长的Zn_(0.98)Sb_(0.02)O薄膜,当激发光源波长从325nm变化到300nm,峰位红移,而且紫外峰与蓝光锋强度比由1∶3变为12∶1。据此,可以通过改变Sb掺杂量、生长温度和激发光源波长,从而制备出不同波段、不同强度的发光器件。

高温扩散工艺制备带隙可调的β-(Al_(x)Ga_(1-x))_(2)O_(3)薄膜

β-(Al_(x)Ga_(1-x))_(2)O_(3)因其优异的抗击穿及带隙可调节性在现代功率器件及深紫外光电探测等领域展现出巨大的应用前景,然而传统直接生长工艺的复杂性和难度限制了其进一步的发展。因此,本文采用较为简单的高温扩散工艺在c面蓝宝石衬底上成功制备了β-(Al_(x)Ga_(1-x))_(2)O_(3)纳米薄膜。利用X射线衍射、原子力显微镜、扫描电子显微镜和紫外-可见分光光度计对其进行了表征。由于高温下蓝宝石衬底中的Al原子向Ga_(2)O_(3)层扩散,β-Ga_(2)O_(3)薄膜将转变为Al、Ga原子比例不同的β-(Al_(x)Ga_(1-x))_(2)O_(3)薄膜。实验结果显示:当退火温度从1 010℃增加到1 250℃时,薄膜中Al的平均含量从0.033增加到0.371;当退火温度从950℃增加到1 250℃时,薄膜的厚度从186 nm增加到297 nm,粗糙度从2.31 nm增加到15.10 nm;当退火温度从950℃增加到1 190℃时,薄膜的带隙从4.79 eV增加至5.96 eV。结果表明高温扩散工艺能够有效调节β-(Al_(x)Ga_(1-x))_(2)O_(3)薄膜的光学带隙,为β-(Al_(x)Ga_(1-x))_(2)O_(3)基新型光电子器件提供了实验基础。

一步法电化学沉积Cu(In1-x， Gax)Se2薄膜的特性

在CuCl2、InCl3、GaCl3及H2SeO3组成的酸性水溶液电沉积体系中,对Mo/玻璃衬底上一步法电沉积Cu(In1-x,Gax)Se2(简写为CIGS)薄膜进行了研究.为了稳定溶液的化学性质,在溶液中加入邻苯二甲酸氢钾和氨基磺酸作为pH缓冲剂,将溶液的pH值控制在约2.5,并提高薄膜中Ga的含量.通过大量实验优化了溶液组成及电沉积条件,得到接近化学计量比贫Cu的CIGS薄膜(当Cu与In+Ga的摩尔比为1时,称为符合化学计量比的CIGS薄膜;当其比值为0.8-1时,称为贫Cu或富In的CIGS薄膜)预置层,薄膜表面光亮、致密、无裂纹.利用循环伏安法初步研究了一步法电沉积CIGS薄膜的反应机理,在沉积过程中,Se4+离子先还原生成单质Se,再诱导Cu2+、Ga3+和In3+发生共沉积.电沉积CIGS薄膜预置层在固态硒源280℃蒸发的硒气氛中进行硒化再结晶,有效改善了薄膜的结晶结构,且成份基本不发生变化,但是表面会产生大量的裂纹.

电弧离子镀Ti(C_xN_(1-x))薄膜的结构和力学性能研究

利用电弧离子镀设备 ,沉积了不同C、N比的Ti(CxN1 -x)薄膜 ,研究了C含量对Ti(CxN1 -x)薄膜的结构 (相结构、择优取向及晶格常数 )及力学性能 (硬度、膜基结合强度及抗磨损性能 )的影响。结果表明 ,复合镀层的C、N比随CH4、H2 流量之比而变化 ,但原子百分数之和基本不变 (约 4 6.5% )。复合镀层结构致密 ,与基体结合良好 ,抗磨和切削性能优于TiC和TiN镀层。

Ba_xSr_(1-x)TiO_3微弧氧化铁电薄膜微观结构及电学性能

用分析纯Ba(OH)2·8H2O和Sr(OH)2·8H2O配制电解液,采用微弧氧化法在工业纯钛板(99.5%)表面原位生成BaxSr(1-x)Ti O3铁电薄膜。研究了Ba2+/Sr2+对薄膜晶体结构、物相组成、表面形貌及表面粗糙度的影响,并对薄膜的介电、铁电性能进行了表征。结果表明,Ba2+/Sr2+对薄膜晶体结构无影响,但随Ba2+含量增加,BaxSr(1-x)Ti O3薄膜中x值与理论值偏离越大;随电解液浓度及Ba2+/Sr2+增加,薄膜表面变得疏松,散布的颗粒尺寸增大,表面粗糙度值增加。在Ba2+和Sr2+各为0.2 mol/L时所得薄膜表面平整度及致密性最好,表面粗糙度值最小,其在100 Hz条件下的介电常数为454.8,且具有饱和电滞回线,有较好的商业化应用前景。

CdSe_xTe_(1-x)薄膜的制备及其XPS表征

本文采用真空蒸发法在CdTe粉末中按不同比例掺入CdSe粉末,选择合适的工艺条件,在玻璃衬底上制备了性能稳定的CdSex Te1-x三元化合物薄膜。利用XRD、紫外-可见分光光度计、XPS对薄膜的结构、光学性能、组成成分等进行了表征。XRD测试结果表明,薄膜均为立方闪锌矿结构的CdSex Te1-x三元化合物,并沿(111)晶面择优生长,晶格常数随x值增大而减小;透射光谱表明薄膜的吸收限随x值增大先向长波方向移动,x=0.64时达到最大值,然后向短波方向移动;XPS分析表明,薄膜的主要成分为CdSex Te1-x三元化合物,随着x值增大,Se、Te、Cd三种元素的特征峰均向高结合能方向偏移。

Zn_xCd_(1-x)S薄膜的制备及其光电性质的研究

用化学池沉积法制备了不同锌含量的 Znx Cd( 1 -x) S薄膜 ,并阐述了不同锌含量对薄膜性能的影响及其原因。通过 X射线衍射、扫描电镜、光谱透过率等测试方法表明 ,在 0 .4<x<0 .6(摩尔百分比 )时 ,薄膜有较大的晶粒和较小的电阻 ,可望替代部分 Cd

RF磁控溅射工艺对TiNi_(1-x)Cu_x合金薄膜组织形貌的影响

采用RF磁控溅射技术制备了TiNi(1-x)Cux合金薄膜,利用扫描电镜、电子能谱仪和XRD技术分析研究了RF磁控溅射工艺对TiNi(1-x)Cux合金薄膜组织形貌的影响规律.结果表明:在基片不加热的条件下溅射薄膜组织结构为非晶,并呈柱状形貌垂直于基片生长;经650～720℃,3 min退火处理后,薄膜均发生晶化转变;在他它条件相同的情况下,溅射功率和工作气压对薄膜组织形貌有很大影响;薄膜的柱状单胞直径、薄膜厚度和生长速度均随溅射功率的增长而增长,但当溅射功率一定时,工作气压增加使柱状单胞直径、薄膜厚度和薄膜的生长速率显著减小;RF磁控溅射过程中,沉积原子的活性及其沉积速率是影响薄膜组织形貌的主要原因.

Cu(In_xGa_(1-x))Se_2薄膜太阳电池吸收层材料研究进展

简要介绍了Cu(InxGa1-x)Se2(CIGS)薄膜太阳电池的结构特点,阐述目前其吸收层材料CIGS薄膜典型制备方法的特点、研究应用现状及发展趋势;提出了目前CIGS薄膜太阳电池实现大规模商业化应用存在的问题,并对其发展进行展望。

Y_1Ba_2Cu_3O_(7-x)半导体薄膜的红外热辐射响应研究

采用直流磁控溅射后退火法制备了Y1Ba2Cu3O7-x/Si和Y1Ba2Cu3O7-x/ZrO2/SiO2两种半导体薄膜,对该薄膜进行了红外热辐射响应特性研究。采用X射线衍射、电阻温度系数法、喇曼散射表征手段对薄膜的显微结构进行了详细分析。结果表明,有过渡层的Y1Ba2Cu3O7-x半导体薄膜均匀性好,信噪比高,在红外波段和亚毫米波段甚至毫米波段都有良好的热辐射响应,适于制做非制冷探测器的敏感元。

BP_xN_(1-x)薄膜的制备及磷元素对其光学能隙的影响

本文从应用出发 ,选择光学石英为衬底 ,采用热丝辅助射频化学气相沉积的方法沉积BPxN1 -x薄膜 ,对样品进行了X射线衍射 (XRD)、扫描电子显微镜 (SEM)、紫外 可见等测试。XRD、SEM结果显示薄膜多晶态 ,表面形貌随时间变化 ,最终为胞状 ;紫外 可见光光谱结果显示BPxN1 -x薄膜的紫外吸收边随沉积时间的加长、PH3流量的增加而向长波长方向移动。因此 ,该材料的光学能隙可以通过生长工艺适当调整。另外 ,BPxN1

非平衡磁控溅射TiC_xN_(1-x)薄膜微结构及性能分析

为了研究不同沉积条件下TiCxN1-x(0≤x≤1)薄膜的相结构、显微硬度及摩擦性能的影响因素,用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪分析薄膜的形貌和相结构,用HXD-1000数字式显微硬度计、MCMS-1摩擦磨损仪测试薄膜的硬度和摩擦系数.研究结果表明:TiN,TiC薄膜显示出〈111〉择优取向生长趋势,Ti(C,N)有较强的〈200〉取向,Ti(C,N)衍射峰涵盖了TiN峰和TiC峰,薄膜存在TiN和TiC两相共存.与TiN,TiC相比,Ti(C,N)薄膜具有更高硬度,当C原子含量x=0.582时,Ti(C,N)薄膜硬度达到最大值为33.6 GPa,且表现出更低的摩擦系数和更好的耐磨性能.

Li_(1-x)Bi_(4+x)Ti_(4)O_(15)薄膜制备与表征

在LiNO_3/SiO_2/Si基板上制备了Li_(1-x)Bi_(4+x)Ti_4O_(15)系列薄膜(x=0.3、0.4、0.5、0.6),并系统分析了这些薄膜的微观结构以及铁电、介电及漏电等电学特性。研究结果表明,在氮气气氛中以600℃持温30 min制备的单一相薄膜中Li0.5Bi4.5Ti4O15薄膜的结晶效果最好,且在其表面可成长出独立晶粒分布状态;x为0.5时薄膜的剩余极化强度2Pr=53.5μC/cm2、矫顽场2Ec=144.2 k V/cm,此时薄膜的铁电性能相对最佳;该系列薄膜的介电常数介于37~100,介电损失相对偏高,介于0.7~1.0;所有薄膜的漏电流均随外加电压的增加而逐渐增大,其中Li0.5Bi4.5Ti4O15薄膜漏电流最小,外加电压为10 V时其值约为3.88×10-6A。

(Pb_(1-x)Srx)TiO_3铁电薄膜电滞回线的测试分析

采用磁控溅射法制备了PST薄膜,讨论了其制备工艺并着重对其电滞回线进行了测试分析。从测试结果来看,其饱和极化强度PS典型值为19.0μC+cm2,剩余极化强度为6.6μC+cm2,矫顽场强为16kV+cm,热释电系数为10-4量级。表明所制备的PST薄膜具有较好的铁电性能。

溅射功率和淀积时间对Mg_xZn_(1-x)O薄膜结构特性的影响

用射频磁控溅射法在硅衬底上制备出MgxZn1xO薄膜,研究了溅射功率和淀积时间对薄膜结构特性的影响.X射线衍射(XRD)谱和原子力显微镜(AFM)图像表明:MgxZn1xO薄膜为六角纤锌矿结构,且具有非常好的沿垂直于衬底的c轴的择优取向.随着溅射功率和淀积时间的增加,X射线衍射峰的衍射角变大,半高宽(FWHM)减小,平均晶粒尺寸增加,薄膜结晶质量显著提高.

磁控反应溅射制备Ge_xC_(1-x)薄膜的特殊性分析

利用射频磁控反应溅射法 ,以 Ar,CH4 为原料气体 ,在较宽的工艺参数范围内制备出了 Gex C1- x薄膜 ,用干涉法测量了薄膜的厚度 ,对 Gex C1- x薄膜的沉积速率和 Ge原子百分比进行了研究。结果表明 ,Gex C1- x薄膜的沉积速率并没有随着靶中毒后而显著下降 ,甚至略有提高 ,而且 Ge原子百分比可以任意变化 ,表现出与通常磁控反应溅射法不同的特征 ,这与靶中毒之后反应气体粒子在靶面和基片上的反应特点有关。这一结论对磁控反应溅射法制备碳化物有普遍意义。

组合法制备Pb(Zr_xTi_(1-x))O_3铁电薄膜及性能研究

为了系统地探讨Pb(ZrxTi1-x)O3(PZT)薄膜组成-结构-性能之间的规律,在室温和无蒸馏回流条件下,利用配制的前驱溶液PT(Pb和Ti的金属有机物溶液)和PZ(Pb和Zr的金属有机物溶液)及组合化学法在Pt/Ti/SiO2/Si衬底上简单快捷地制备了一系列Pb(ZrxTi1-x)O3薄膜.XRD分析表明,薄膜具有钙钛矿结构,择优取向为(111),晶格参数变化规律与传统方法制备的PZT薄膜的结果一致.x=0.3的前驱体在200℃附近出现特殊的热分解现象.XPS测试结果证实薄膜成分基本符合理论值,SEM结果显示薄膜界面清晰,与基片接触良好,厚度在450 nm左右.电滞回线测试表明,富钛区样品剩余极化与矫顽场都较大;近准同型相界附近样品具有良好的铁电性,剩余极化较大且矫顽场较小;富锆区样品剩余极化与矫顽场较小,出现反铁电特征.

磁控反应溅射制备Ge_xC_(1-x)薄膜的结构

利用射频磁控反应溅射以Ar、CH4 为原料气体 ,在较宽的工艺参数范围内制备出了GexC1-x薄膜。利用X射线衍射 (XRD)、X射线光电子谱 (XPS)对制备的薄膜进行了分析。结果表明 ,GexC1-x薄膜的结构强烈依赖于制备的工艺参数。当沉积温度较低、射频功率不大时 ,GexC1-x薄膜主要为非晶态结构。随着沉积温度升高、射频功率增大 ,薄膜中出现Ge微晶相。GexC1-x薄膜中Ge与C发生电荷的转移 ,形成化学键。