耐高温柔性Mica/ZnO薄膜的制备与表征

以氟晶云母片为衬底,进行柔性ZnO透明导电薄膜(Mica/ZnO)的制备与表征。利用XRD和SEM表征可知,晶种水热法比直接水热法更有利于制备Mica/ZnO薄膜。研究发现,晶种水热法制备Mica/ZnO薄膜分为颗粒状ZnO晶体生长阶段、颗粒状ZnO晶体成长为棒状ZnO晶体阶段和棒状ZnO晶体成长三个阶段。采用晶种水热法制备Mica/ZnO薄膜适宜的晶化时间为26h,制备的致密棒状ZnO晶体长度约500nm左右。制备的Mica/ZnO薄膜可耐500℃以上的高温,为研究耐高温柔性ZnO透明导电薄膜提供更为丰富的柔性衬底材料和制备方法。

基于共溅射ZnO/SnO_(2)异质结薄膜的气体传感器研究

采用射频磁控共溅射法在叉指电极上制备了ZnO/SnO_(2)n-n异质结复合薄膜,系统测试了其气敏特性,并分析了其气敏机理。结果表明,与ZnO薄膜和SnO_(2)薄膜气体传感器相比,ZnO/SnO_(2)异质结薄膜气体传感器具有更低的工作温度、更高的灵敏度以及更快的响应和恢复速度。ZnO/SnO_(2)异质结薄膜气体传感器对乙醇具有较好的选择性,最低检测体积分数为1×10^(-6),最佳工作温度为250℃;对1×10^(-4)乙醇气体的灵敏度可达18.4,响应时间和恢复时间分别为10 s和19 s。

高性能ZnO薄膜紫外光电探测器的研究

本研究通过磁控溅射法在石英衬底上制备出ZnO薄膜紫外光电探测器,通过X射线衍射(XRD)、吸收光谱、I-V特性曲线以及响应度曲线,对不同退火温度(500、600、700℃)的光电探测器紫外探测性能进行了深入研究。结果表明,利用退火手段,提高了紫外光电探测器的性能,随着退火温度的升高,探测器的暗电流和响应强度逐渐增强。本研究结果为制备高性能ZnO薄膜紫外光电探测器提供了一种可行途径。

ZnO纳米薄膜创新性实验设计

围绕喷涂法和热蒸发法制备ZnO纳米薄膜设计综合性创新实验。采用有机试剂辅助喷涂法制备ZnO纳米薄膜,显著增加ZnO薄膜表面的纳米微结构和比表面积,从而提高其光催化降解性能;利用热蒸发法衬底可以旋转的特点制备了厚度相对均匀的ZnO纳米薄膜。运用X射线衍射、扫描电子显微镜、拉曼光谱、吸收光谱等技术对ZnO纳米薄膜进行综合表征。创新性实验涉及薄膜制备、材料分析表征、材料应用等多个知识点的综合运用。这种综合实验的模式与科技创新、科技课外活动、毕业论文等科研活动是基本一致的,能够有效培养学生的逻辑思维、创新思维与创新意识,锻炼学生的综合实践能力。

双层结构对ZnO TFT稳定性的影响

室温下采用射频磁控溅射方法在SiO_(2)/Si衬底上沉积了单层ZnO薄膜和高氧/低氧双层ZnO薄膜,采用电子束蒸发设备蒸镀Al电极,制备单沟道ZnO TFTs和双层沟道ZnO TFTs。比较两种结构ZnO TFTs的各种性能参数,分析双层结构对TFTs产生的影响。实验结果表明,底部高含氧量ZnO层和顶部低含氧量ZnO层构成了DAL同质结且高氧/低氧薄膜存在载流子浓度产差,利用载流子从高浓度向低浓度扩散的性质,可以填补栅介电层和沟道层之间的界面态缺陷,使器件界面类受主陷阱减少,有效降低TFTs的滞回现象。与单有源层TFTs相比,双沟道层TFTs还具有电学调制作用,其电学性能和稳定性均有明显的提高,得到最佳TFTs的开/关电流比达到3.44×10^(9),亚阈值摆幅为0.68 V/dec,阈值电压偏移为1.2 V。

化学沉积Mn掺杂ZnO薄膜的结构和光学性能

采用化学沉积法制备了纯ZnO和不同Mn掺杂浓度的Mn掺杂ZnO薄膜,并对所制备薄膜的结构、形态和光学性能进行了研究。XRD分析显示,所有薄膜都呈六角形结构,但Mn掺杂的ZnO薄膜存在峰移。随Mn掺杂浓度的升高,晶体尺寸增大。Mn掺杂ZnO薄膜表面分布不规则颗粒,并呈团聚状。Mn掺杂ZnO薄膜在可见光区表现出更高的透射率,但随着Mn掺杂浓度的升高,透射率逐渐降低。随Mn掺杂浓度的升高,薄膜的带隙减小。Mn掺杂ZnO薄膜在紫外区表现出更高的光导率和导电率。

基于近场静电雾化工艺制备ZnO薄膜及其紫外光电探测性能

氧化锌(ZnO)光电敏感薄膜的精确喷印是集成制造的关键.本文采用近场静电雾化工艺制备ZnO光电敏感薄膜,通过缩短喷头至收集板距离,并缩小薄膜的沉积区域线宽,使纳米颗粒均匀分布在150~250μm线宽内.考察了不同喷印工艺对薄膜结构的影响.喷印次数增加,薄膜内的纳米颗粒分布密度增加,纳米颗粒间形成连续均匀分布,薄膜沉积线宽随施加电压和喷头至收集板距离的增大而增大.测试了不同ZnO薄膜结构对紫外光电探测器性能的影响,当紫外光强为3500 mW/cm 2时,响应光电流可达464μA,为暗电流的266.7倍,表现出了良好的光电探测性能,并具有良好的稳定性和可重复性.

ZnO/Ecoflex自驱动柔性压电传感器及其人体姿态监测微系统设计

压力传感器是可穿戴电子设备的重要组成部分,但在能量供应、灵活性和皮肤适应性方面仍存在各种问题。研制了一种主要由ZnO/Ecoflex复合薄膜构成的自驱动柔性压力传感器,并构建了人体姿态监测系统,可用于动态监测人体姿态信号和其他运动参数。在外部压力应力的作用下,所制备的传感器表现出优异的灵敏度(0.068 V/N)、良好的线性度(约0.98)、宽的测量范围(5~80 N)以及卓越的耐久性(超过10000次循环)。此外,基于制备的传感器设计了硬件电路,建立了人机交互测试系统,实现了对人体姿态信号的远程传输功能。因此,这项工作不仅开发了一种新型的无铅化自驱动压力传感器,还设计了人体姿态监测微系统,为信号处理和智能传感提供了新思路,在医学研究、个性化识别和人机交互方面具有重要的应用潜力。

退火处理对ZnO薄膜结晶性能的影响

研究了退火处理对 Zn O薄膜结晶性能的影响 .Zn O薄膜由直流反应磁控溅射技术制得 ,并在 O2 气氛中不同温度 (2 0 0～ 10 0 0℃ )下退火 ,利用 X射线衍射 (XRD)、原子力显微镜 (AFM)和 X射线光电子能谱 (XPS)对其结晶性能进行了研究 ,提出了一个较为完善的 Zn O薄膜退火模型 .研究表明 :热处理可使 c轴生长的薄膜取向性增强 ;随退火温度的升高 ,薄膜沿 c轴的张应力减小 ,压应力增加 ;同时晶粒度增大 ,表面粗糙度也随之增加 .在 6 4 0℃的应力松弛温度 (SRT)下 ,Zn O薄膜具有很好的 c轴取向 ,沿 c轴的应力处于松弛状态 ,晶粒度不大 ,表面粗糙度较小 ,此时 Zn O薄膜的结晶性能最优 .

ZnO薄膜的制备和发光特性的研究

用射频磁控溅射的方法在石英衬底上沉积了氧化锌薄膜。在室温下测量了样品的XRD曲线、吸收光谱以及光致发光光谱,探讨了气氛中氧气与氩气比对制备薄膜的影响。从XRD谱中可以看出,样品具有较好的结晶状态。另外,样品在紫外有较强的吸收,而其光致发光也是较强的紫外发射,这表明带间跃迁占了主导地位。以上结果说明:用溅射方法制备的ZnO薄膜结晶质量较好,富锌状态有所改善。

透明导电氧化物ZnO:Al(ZAO)薄膜的研究

用磁控反应溅射法制备了ＺｎＯ：Ａｌ（简称ＺＡＯ）薄膜，研究了薄膜方块电阻空间分布的均匀性及微观形貌、并对ＺｎＯ：Ａｌ薄膜表面各元素的化学状态和深度分布进行了 ＸＰＳ和 ＡＥＳ分析。

ZnO薄膜的特殊光谱性质及其机理

以同步辐射真空紫外光 (1 95nm)为激发源 ,在低温下观察到Si基衬底上ZnO薄膜的发光有三种紫外发射 ,其峰值波长分别为 380 ,36 9.5 ,2 90nm。它们各自具有不同的衰减时间和不同的温度依赖关系 ,但其激发谱相同。强激发带不在近紫外区 ,而在真空紫外区 (1 0 0～ 2 0 0nm) ,可能源于ZnO的下价带 (Zn3d组态 )电子的激发。

射频磁控溅射法制备ZnO薄膜的发光特性

利用射频磁控溅射法在硅衬底上制备出具有 (0 0 2 )择优取向的氧化锌薄膜 ,用波长为 30 0nm的光激发 ,观察到在 44 6nm处有一强的光致发光峰 ,它来自于氧空位浅施主能级上的电子到价带上的跃迁。并讨论了发光峰与氧压的关系以及退火对它的影响 ,且给出了解释。

薄膜厚度对ZnO∶Ga透明导电膜性能的影响

采用射频磁控溅射法在玻璃衬底上低温制备出镓掺杂氧化锌(ZnO∶Ga)透明导电膜,研究了薄膜的结构、电学和光学性质随薄膜厚度的变化关系。制备的ZnO∶Ga是具有六角纤锌矿结构的多晶薄膜,最佳择优取向为(002)方向。随着薄膜厚度的增加,衍射峰明显增强,晶粒增大。薄膜的最低电阻率为 3.9×10-4Ω·cm,在可见光范围内平均透过率达到了85%以上。

基于ZnO压电薄膜的柔性声表面波器件

提出并制备了基于聚酰亚胺柔性衬底的声表面波(SAW)器件。在柔性聚酰亚胺衬底上低温反应磁控溅射沉积了ZnO压电薄膜;采用X射线衍射仪,扫描电子显微镜,原子力显微镜等设备对ZnO薄膜进行了检测,结果表明:ZnO薄膜晶粒呈柱状生长并且(002)择优取向,膜粗糙度小于9nm,适合制作压电器件。在柔性衬底上制备了基于ZnO压电薄膜的SAW器件,该器件表现出良好的谐振性能。采用矢量网络分析仪检测器件的传输曲线,实验结果与仿真结果具有很好的一致性。随着波长减小,谐振频率和相速度增加,当ZnO厚度为4μm,波长为8μm时,器件的谐振频率为268MHz,相速度为2 144m/s,机电耦合系数为1.1%;当ZnO厚度增加时,此叠层结构的声表面器件的叠层声速也增加。

射频磁控溅射法低温制备ZnO∶Zr透明导电薄膜及特性研究

利用射频磁控溅射法在室温水冷玻璃衬底上制备出了可见光透过率高、电阻率低的掺锆氧化锌(ZnO∶Zr)透明导电薄膜。讨论了薄膜厚度对ZnO∶Zr薄膜结构、形貌、光电性能的影响。实验结果表明,厚度对ZnO∶Zr薄膜的形貌和电学性能有很大影响。SEM和XRD研究结果表明,ZnO∶Zr薄膜为六角纤锌矿结构的多晶薄膜,具有垂直于衬底方向的C轴择优取向。当厚度为300nm时,薄膜的电阻率具有最小值1.77×10-3Ω.cm。所制备薄膜具有良好的附着性能,其可见光区平均透过率超过92%。

脉冲激光沉积(PLD)法生长高质量ZnO薄膜及其发光性能

采用脉冲激光沉积(PLD)法在单晶Si(100)衬底上生长ZnO薄膜,以X射线衍射(XRD)、原子力显微镜(AFM)和透射电镜(TEM)等手段分析了所得ZnO薄膜的晶体结构和微观形貌。优化工艺(700℃,20Pa)下生长的ZnO薄膜呈c轴高度择优取向,柱状晶垂直衬底表面生长,结构致密均匀。室温光致发光(PL)谱分析结果表明,随着薄膜生长时O2分压的增大,近带边紫外发光峰与深能级发光峰之比显著增强,表明薄膜的结晶性能和化学计量比都有了很大的改善。O2分压为20Pa时所生长的ZnO薄膜具有较理想的化学计量比和较高的光学质量。

竹材表面ZnO纳米薄膜的自组装及其抗光变色性能

ZnO纳米棒对紫外线具有超强的吸收能力,有可能大幅度改善竹材抗光变色性能。在低温溶液体系下,通过ZnO晶种形成和晶体生长两道工序在竹材表面自组装形成ZnO纳米薄膜,探索大幅度改善竹材抗光变色性能的可行性,并重点研究了种子液浸渍时间对ZnO纳米薄膜形态的影响。结果表明:在晶体生长条件一致的前提下,竹材表面所形成的薄膜形态与在种子液中的浸渍时间密切相关;0.5和1h浸渍使竹材表面形成了由直径小于20nm的ZnO纳米颗粒组成的薄层;2h浸渍形成微纳米网状和哑铃棒状结构;当浸渍时间增加至4h,表面薄膜则主要为无序的纳米棒和少量微纳米六面体结构;经过120h加速老化试验,发现空白试样总色差是表面生长出ZnO纳米棒试样的3倍,改性试样表观颜色的光稳定性显著增强。

喷雾热解法生长N掺杂ZnO薄膜机理分析

通过超声喷雾热解工艺,以醋酸锌和醋酸铵的混合水溶液为前驱溶液,在单晶Si(100) 衬底上制备了N掺杂ZnO薄膜,采用热质联用分析(TG—DSC—MS)、X射线衍射(XRD)、场发射扫描电镜(FESEM)和霍耳效应(Hall-effect)测试等手段研究了喷雾热解工艺下N掺杂ZnO薄膜的生长机理、晶体结构和电学性能.结果表明,随衬底温度的不同,薄膜呈现出不同的生长机理,从而影响薄膜的晶体结构和电学性能.在优化的衬底温度下,实现了ZnO薄膜的p型掺杂,得到的p型ZnO薄膜具有优异的电学性能,载流子浓度为3.21×1018cm-3,霍耳迁移率为110cm2·V-1s-1,电阻率为1.76×10-2Ω·cm.

Ar气压对射频磁控溅射铝掺杂ZnO薄膜特性的影响

在Corning 1737玻璃衬底上射频磁控溅射沉积了铝掺杂ZnO薄膜 (ZnO∶Al) .薄膜沉积在衬底温度 2 5 0℃、溅射功率 10 0W和纯氩气氛中进行 .通过在 0 2～ 3 2Pa范围改变溅射氩气氛压力pAr,研究了不同pAr对样品的晶体结构、电学特性、光学特性和表观形貌的影响 .利用X射线衍射 (XRD)、透射和反射谱测量、扫描电子显微镜 (SEM) ,发现不同pAr下ZnO∶Al薄膜都具有垂直于衬底C轴择优取向 .在可见光谱范围 ,pAr对透过率的影响非常小 ,薄膜的平均透过率大于 83% ,但红外透过率与薄膜的电阻率成正比 .在较低的溅射气压下 (pAr=0 2Pa)获得的薄膜电阻率最小 ,对应有大的光学带隙 (3 6 1eV) .随着pAr的降低 ,晶粒尺寸增大 .pAr对ZnO∶Al薄膜的表观形貌有显著的影响 .