一、ZnO薄膜的择优取向生长(论文文献综述)
王城[1](2019)在《氧化锌压电薄膜的制备及其相关性能研究》文中进行了进一步梳理近年来,由于磁振子器件具有高速、低功耗等优点,自旋波(SW)的传播特性研究受到学术界的广泛关注。通过改变声表面波的频率和强度可以调制磁振子晶体带隙频率和深度,因此可以引入声表面波用于研究自旋波的传播特性。基于声表面波的自旋波高频传播特性研究是未来发展的趋势,为了研究自旋波传播的高频特性,激励高频声表面波至关重要。然而激励高频声表面波的关键在于制备出高质量压电材料,ZnO薄膜是一种比较理想的压电材料,具有较高机电耦合系数和低的介电常数等优点。根据上述背景,本文提出在钇铁石榴石(YIG)上制备高质量的ZnO薄膜用于激励高频声表面波。但鉴于YIG基片昂贵,本文采用与YIG同为石榴石结构且性质相近的钆镓石榴石(GGG)基片用于ZnO薄膜制备的工艺探究,从而降低实验成本。本文的主要工作有:使用射频磁控溅射在Si衬底上沉积ZnO薄膜,探究了溅射功率、氧气流量以及退火温度对ZnO薄膜的影响,熟悉整个ZnO薄膜制备工艺探究的实验操作流程,为在GGG衬底上探究ZnO薄膜的制备做准备。获得在Si衬底上制备ZnO薄膜的最佳工艺参数:背底真空为1.5×10-4Pa,溅射气压为0.88Pa(80sccm),溅射功率为80W,引入的氧气流量为6sccm,靶基距为7.8cm,在氧氛围中退火1h,退火温度为400℃,薄膜的平均生长速率为0.1292nm/s。最终在Si衬底上得到了高c轴择优取向生长、低残余应力以及均匀平滑的ZnO薄膜。使用射频磁控溅射在GGG衬底上沉积ZnO薄膜,探究了溅射功率、氧气流量以及退火温度对ZnO薄膜的影响。获得在GGG衬底上制备ZnO薄膜的最佳工艺参数:背底真空为1.5×10-4Pa,溅射气压为0.88Pa(80sccm),溅射功率为80W,引入的氧气流量为4sccm,靶基距为7.8cm,在氧氛围中退火1h,退火温度为450℃,薄膜的平均生长速率为0.173nm/s。在GGG衬底上得到了高c轴择优取向生长、低残余应力以及均匀平滑的ZnO薄膜。为了制备SAW谐振器,探究了叉指换能器的制备工艺。在ZnO/Si和ZnO/GGG上光刻叉指换能器,叉指换能器的叉指宽度为4μm。由于衬底结构的差异,两种结构光刻工艺的前曝时间存在明显差异,ZnO/Si结构的前曝时间为6.2s,ZnO/GGG结构的前曝时间为3.5s。通过磁控溅射镀金属铝膜,最后在70℃的AZ400T去胶液对电极进行剥离,完成了SAW单端口谐振器的制备。使用矢量网络分析仪对SAW单端口谐振器进行测试,ZnO/Si结构单端口谐振器的中心频率为298MHz,对应的相速为4768m/s,机电耦合系数为3.92%;ZnO/GGG结构单端口谐振器的中心频率为201MHz,对应的相速为3216m/s,机电耦合系数为0.22%。证明了所制备ZnO薄膜具有用于高频声表面波调制自旋波激励和传播特性的潜力。
杨伟光[2](2019)在《超声喷雾热解法制备高品质ZnO纳米薄膜及其掺杂和生长机理的研究》文中进行了进一步梳理半导体薄膜材料由于其优异的性能而用于各个领域,例如太阳能电池、传感器、光电器件、液晶显示器等。目前制备薄膜材料的方法主要有磁控溅射法、溶胶凝胶法、脉冲激光沉积、真空蒸发镀膜、化学气相沉积、液相沉积、分子束外延、超声雾化热解法等。在上述制备方法中,超声雾化热解法因其制备成本较低、不需要真空环境、设备简便、成膜速率高,很容易实现大规模工业生产的优势,因此越来越受到研究人员的青睐。本文介绍了ZnO的结构、性质及其应用,对薄膜制备方法以及表征手段也做了相应的总结,并在喷雾热解法制备薄膜的基础上,自主设计了超声雾化热解设备,对其进行了优化,以制备出高品质的薄膜。本文以ZnO薄膜为主要研究对象,通过控制衬底温度和Al掺杂量,成功制备出具有良好光学透过率和电学性能的ZnO薄膜。本文采用自制的CQUT USP-II超声雾化热解喷涂薄膜制备系统,在石英衬底上制备高品质ZnO薄膜和Al:ZnO的AZO薄膜,并利用掠入射X-射线衍射仪(GIXRD)、扫描电子显微镜(SEM)、紫外-可见分光光度计(U-V)、白光干涉仪(WLI)、荧光分光光度计、和四探针测试仪对薄膜的微观结构、表面形貌、光学性质和电学性质进行表征。对ZnO薄膜来说,研究了衬底温度对薄膜晶体结构、光学性能的影响以及薄膜的生长机理。研究发现:衬底温度较低时,所制备的薄膜样品取向性差、结晶度低、表面粗糙、质量较差;衬底温度升高时,所制备的薄膜样品取向性提高、结晶度提高、表面较光滑、质量提高。适合的衬底温度是制备出高品质薄膜的关键因素,在本文中,当衬底温度为550 oC时,所制备的ZnO纳米薄膜均匀致密、结晶度高、择优取向明显、表面光滑、质量最好;为了研究ZnO薄膜的生长机理,我们制备了不同沉积时间和不同衬底温度的ZnO薄膜,具体的薄膜生长机理如下所示:微颗粒的聚集→颗粒的变大→长成特定的纳米结构随着衬底温度的增加,薄膜的纳米结构也会随之发生变化,具体如下所示:不规则、不均匀破碎的六角形纳米颗粒(<450 oC)→破碎的六边形颗粒和片状颗粒共存(450–500 oC)→规则、封闭的纳米片状颗粒(>500 oC)在上述利用超声喷雾热解法制备ZnO薄膜的基础上,研究了一元掺杂Al对ZnO薄膜的晶体结构、表面形貌、光学性能和电学性能的影响。研究发现:当Al/Zn原子比为4%时,所制备的薄膜沿(002)晶面择优取向生长最明显,结晶度最高,方块电阻最小,薄膜质量最好。最后,根据上述实验结果,对其进行分析和总结,为进一步的研究提供更多的参考,本文为制备高品质的氧化物薄膜和其掺杂薄膜提供了新的思路。同时,为制备高品质薄膜应用到工业化生产中提供了可能性。
徐姝颖[3](2019)在《疏水性ZnO薄膜的构建及其抑制生物被膜性能研究》文中研究说明目前,纳米ZnO薄膜材料的制备、器件开发与物理化学性质的理论研究都获得了显着的进展,元素掺杂、表面修饰以及微观形貌的构建等是改善ZnO薄膜材料性质的有效途经。细菌易于粘附在固体材料表面并形成生物被膜,引起设备腐蚀及食品污染等,导致巨大的经济损失。作为一种抗菌涂层,研究者多通过离子掺杂来提高ZnO薄膜的抗菌性能,对抑制生物被膜粘附研究较少。本文以减少材料表面生物被膜粘附为切入点,研究了不同基底材料表面ZnO薄膜的制备以及ZnO薄膜的疏水性、抑制生物被膜粘附和抗菌性能。通过构建具有一定微纳米形貌的ZnO薄膜获得具有疏水-超疏水性能表面材料。以水产品腐败希瓦氏菌为指示菌种,研究了 ZnO薄膜的疏水性能和表面微观形貌特征对其减少或抑制被膜菌在材料表面的粘附和生长的影响。(1)ZnO薄膜的sol-gel法制备及抑制生物被膜性能采用二次阳极氧化法制备了具有不同表面形貌的多孔阳极氧化铝(Porous Anodic Alumina,PAA)。然后采用Sol-gel法在具有不同表面形貌的PAA膜上制备了 ZnO薄膜。经1%Si69乙醇溶液改性后,ZnO表面“嫁接”了疏水性基团,ZnO薄膜均由亲水转为疏水。其中,具有六边形蜂巢状多层框架结构的ZnO薄膜获得接近超疏水的疏水性能。微生物实验结果表明,六边形蜂巢状ZnO薄膜的近超疏水性质使其在生物被膜的粘附和形成初期有效减少了细菌的粘附数量。并且,由于其表面具有较多的纳米ZnO颗粒而表现出较强的抗菌作用。(2)ZnO薄膜的水热法制备及抑制生物被膜性能采用水热法在不锈钢基片表面制备ZnO薄膜,研究了反应体系pH值、Ag掺杂量等对ZnO薄膜微观形貌结构、亲疏水性能及抑制生物被膜粘附和抗菌性能的影响。随着水热反应体系pH值的增大,不锈钢表面生长的六棱柱状ZnO纳米棒长度增加。当反应体系pH值为11.5时,数根纳米棒于顶端集结成束。随着Ag掺杂量的增加,ZnO纳米棒在顶端集结成的纳米束间距增大,形成的微纳米结构更均匀。ZnO纳米束间距增大使空隙内容纳更多空气,当水滴与ZnO薄膜接触时产生更有效的承托作用。经硬脂酸改性后,ZnO纳米棒表面结合的疏水性基团使水滴疏离ZnO薄膜表面。两者协同作用使ZnO薄膜表面产生更强大的“荷叶效应”,ZnO薄膜表面超强的疏水性能有效地减少了生物被膜的粘附。同时,Ag掺杂ZnO薄膜表面Ag+与Zn2+溶出并与细菌体内活性蛋白酶相结合使其失去活性,最后导致细菌细胞被损坏直至死亡,表现出两者具有较强的协同抗菌作用。(3)ZnO薄膜的电沉积法制备及抑制生物被膜性能采用阴极电沉积法在钛基片表面制备ZnO薄膜,研究不同反应体系、沉积时间及电沉积温度等对ZnO薄膜微观形貌结构及亲疏水性能的影响,分析ZnO薄膜抑制生物被膜粘附和抗菌性能及机理。ZnO薄膜的微观形貌直接影响其改性后的疏水性能。在KCl反应体系中,随着电沉积时间的延长,钛基片表面沉积ZnO的微观形貌由六棱柱状转为棒块状直至表面长出茸片。在CH3OONH4反应体系中,随着电沉积温度的升高,钛基片表面沉积ZnO的微观形貌由花墙状转变为花墙-纳米棒混合状、纳米棒状。研究结果表明,具有茸片状和花墙状微纳米结构的ZnO薄膜更易获得疏水/超疏水表面。具有微纳结构的超疏水ZnO薄膜均能有效减少生物被膜的粘附量。具有更小纳米尺度的纳米片(茸片、花墙)状结构的ZnO薄膜的抗菌性能更优异。
文斌[4](2016)在《铜锌锡硫(Cu2ZnSnS4)太阳能电池关键膜层的制备及性能研究》文中进行了进一步梳理Cu2ZnSnS4(CZTS)薄膜太阳电池是在Cu(In,Ga)Se2(CIGS)薄膜太阳电池基础上发展而来的新型化合物半导体光伏器件。由于CZTS不含有稀有金属In与Ga及有毒元素Se,所含的Zn和Sn都是地壳中含量丰富并且环境友好的元素,所以CZTS太阳能电池不仅降低了生产成本,同时有利生态环境的保护。因此CZTS被认为是未来CIGS薄膜发展受限制时很好的替代材料,是目前光伏领域的研究热点之一。本论文以直流脉冲磁控溅射法制备CZTS薄膜太阳能电池为远期目标,开展了吸收层CZTS粉体及薄膜和窗口层ZnO基薄膜的制备与性能研究,系统地研究各薄膜磁控溅射制备过程中的相关沉积参数对其性能的影响,获得了各膜层的最佳生长条件,并在此基础上试制备了glass/Mo/CZTS/i-ZnO/BZO/Cu薄膜太阳电池。论文的研究内容主要包括:(1)光吸收层CZTS材料的粉体及靶材的制备。首先基于水热法和机械化学法进行了 CZTS粉体的合成研究,探讨了合成过程中CZTS物相形成机理以及CZTS粉体的烧结性能,确定了最佳制备工艺和烧结工艺参数。结果表明,经580 rpm的转速下球磨48 h后所得CZTS粉体在Ar气氛下700 ℃烧结所得CZTS烧结体具有单一锌黄锡矿型物相结构,性能最优,本文在此条件下制备了用于后续磁控溅射沉积薄膜研究的CZTS陶瓷靶材。(2)CZTS薄膜的无硫化过程一步单靶磁控溅射制备研究。系统研究了基底温度、溅射气压、溅射功率和脉冲频率对CZTS薄膜性能的影响规律与机制,并确定了 CZTS薄膜单靶磁控溅射的最佳沉积条件。结果表明,基于一步单靶磁控溅射法,在基底温度低于500 ℃所制备的CZTS薄膜均具有单一的锌黄锡矿型晶体结构,并具有明显的(112)面择优取向。此外,在基底温度为室温的情况下,溅射气压的不同可以造成所沉积薄膜的择优取向改变。即,当溅射气压为0.4 Pa时,所沉积的薄膜具有(220)面择优取向;当溅射气压大于等于0.6 Pa时,所沉积的薄膜具有(112)面择优取向。当基底温度为350-400 ℃,溅射气压低于0.8 Pa,溅射功率不低于200 W时所沉积的CZTS薄膜具有良好的光电性能,适合用于太阳能电池的吸收层。(3)窗口层ZnO基薄膜的制备。首先,基于溶胶-凝胶法和磁控溅射法系统研究了 B掺杂ZnO(BZO)薄膜,确定了 BZO薄膜的最佳制备条件。结果表明,基于溶胶-凝胶法,当B掺杂浓度为0.5 at.%时,热解温度为500 ℃时所制备的BZO薄膜的光电性能最优;基于磁控溅射法,选择B掺杂浓度为1.0 at.%的BZO靶材,在较高的基底温度(400 ℃)和较低的溅射功率(100 W)下所沉积的BZO薄膜的光电性能最优。其次,系统研究了磁控溅射过程中基底温度和O2与Ar的流量比对i-ZnO薄膜性能的影响规律与机制。研究表明,增加基底温度有助于i-ZnO薄膜的结品,而溅射过程中引入O2可以降低薄膜的载流子浓度,为CZTS薄膜太阳能电池中高阻i-ZnO薄膜的制备奠定基础。(4)基于前述CZTS薄膜及窗口层ZnO基薄膜的磁控溅射研究结果,进行了简易CZTS薄膜太阳能电池的磁控溅射法试制备。制备的电池的单元面积是0.5 cm2,开路电压为15.5 mV,短路电流为5.6 mA/cm2,填充因子为23.8%,电池的效率为0.02%,并分析了电池的效率低的原因。
姜南[5](2015)在《液相化学法制备择优取向生长ZnO薄膜及Al掺杂研究》文中提出氧化锌(ZnO)作为非常重要的无机化合物,一直以来扮演着非常重要的角色。近几十年来,在当今和未来的纳米产业中,对ZnO潜在应用的研究非常活跃,如光电器件,发光二极管,光电探测器,气敏元件等。由于相对宽的禁带(3.37 eV)和高的激子束缚能(60meV)提供了它在室温发光的潜力,ZnO被称为第三代半导体材料。此外,原材料廉价而且丰富,较好的生物相容性,无毒,良好的化学和热稳定性和抗辐射能力,这都让ZnO在未来的许多应用中是一种优先考虑的材料。目前,非极性生长ZnO薄膜制备的研究主要集中在物理方法,如分子束外延、射频磁控溅射和脉冲激光沉积等,这些方法存在设备昂贵、成本高、操作复杂和对真空要求较高等诸多不足。本文选用经济且光学透过率高的非晶玻璃作为衬底,利用溶胶-凝胶法预先制备一层ZnO种子层,再使用化学浴沉积法通过调整不同极性的醇类及添加了不同含量的非极性辅助剂(环己烷)控制ZnO薄膜的择优取向。不同极性的醇类会吸附在ZnO某些特定晶面,从而抑制沿此晶面方向生长,其中非极性最强的异丙醇可能吸附在(002)和(101)晶面处,最利于ZnO沿(100)和(110)晶面方向生长。环己烷的含量主要用于调节溶液的极性,当溶液的极性和ZnO某一晶面极性大小相近时,越有利于该晶面的生长,从而制备出非极性ZnO薄膜,即如果环己烷的含量太少,起不到最佳的调节作用;当其含量过多时,则会引起Zn2+向衬底表面移动受阻,导致ZnO薄膜的成膜性不好。本文通过XRD、AFM和SEM等表征方法对制备出的ZnO薄膜晶体结构和表面形貌进行了研究,结果表明,使用异丙醇做溶剂,环己烷含量为10%这一工艺参数,优化了非极性择优取向ZnO薄膜的生长,而且在这一工艺参数下制备出的薄膜具有良好的结晶性。非极性ZnO薄膜的导电性相对极性ZnO薄膜来说较差,成为其在光电应用领域上的障碍。通过掺杂Al可以降低ZnO薄膜的电阻率从而最有潜力替代ITO导电薄膜,本文进行Al掺杂ZnO薄膜的研究,实验结果表明,Al掺杂量为1.5 at%的非极性ZnO薄膜具有最高的掺杂水平和最大的晶粒尺寸,这是因为当Al掺杂量继续增加时,未进入晶格的Al原子在晶界处形成非晶态Al2O3抑制ZnO晶粒生长。同时Al掺杂量为1.5 at%时也具有最小的电阻率和较大的光学带隙。光学性能的研究表明,A1的掺入使ZnO薄膜的光学禁带宽度增加从而发生了蓝移,但在Al的掺杂量继饱和掺杂量为1.5 at%后继续增加,光学禁带宽度继续增加,这是因为非晶态的A12O3使晶粒细化而引起的量子尺寸效应。掺杂比例和晶粒细化程度的竞争使Al在掺杂量为5at%时光学禁带宽度达到最大值。而且随着Al元素的加入,AZO薄膜发生了绿光发射,这对以后非极性ZnO薄膜的实际应用拓宽了道路。
江鑫[6](2015)在《Al衬底取向与ZnO薄膜织构的关系》文中提出采用射频磁控溅射法在Al单晶和发生了二次再结晶的高纯Al板上制备了ZnO薄膜。借助扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)、电子背散射衍射技术(EBSD)和X射线衍射技术(XRD)测试了ZnO薄膜的表面和截面形貌、Al衬底的取向以及ZnO薄膜的结晶性和晶体学织构。分析了Al衬底取向与其上生长的ZnO薄膜织构的对应关系,探讨了二者的外延生长关系与机理。期望对ZnO薄膜的制备提供一定的理论指导。在单晶Al的{001}面和{111}面生长的ZnO薄膜为纤锌矿结构,结晶性良好且具有较优的表面粗糙度及c轴择优取向。Al{001}与Al{111}衬底与制备的ZnO薄膜的外延关系分别为{001}<110>//{0002}<>,{111}<110>//{0002}<>。由于晶格匹配度的原因,Al{111}面上生长的ZnO薄膜的各种特性均要优于Al{001}面上生长的ZnO薄膜。将高纯Al冷轧90%后进行再结晶退火,冷轧试样主要存在有S、Brass及Copper等典型冷轧织构组分;再结晶初期,立方织构具有一定的百分含量,而后急剧增加,并在一次再结晶结束后占据主要。二次再结晶阶段,强烈的单一立方织构诱发了{001}<110>取向晶粒的异常长大。在二次再结晶高纯Al上生长ZnO薄膜时发现,Al衬底取向对ZnO薄膜织构具有显着影响。异常长大的Al晶粒上制备的ZnO薄膜具有明显的c轴择优取向;且随着周围小晶粒数量的减少,c轴择优取向度及表面光滑程度均变好。轧板表面上,Al衬底主要以小角度偏离{001}<110>取向的晶粒为主,对应生长的ZnO薄膜主要具有{0002}面织构,同时含有极少量的{}面织构。
李洋[7](2014)在《非极性ZnO基薄膜制备及Na掺杂和ZnMgO/ZnO多量子阱研究》文中研究指明氧化锌(ZnO)是Ⅱ-Ⅵ族宽禁带的直接带隙化合物半导体材料,禁带宽度为3.37eV,激子束缚能60meV,是制备发光二极管和半导体激光器的一种有潜力的材料。由于ZnO通常沿着c轴方向生长,具有很强的自发极化和压电极化效应,在这个方向制备的量子阱有很强的内建电场,导致制备出的光电器件发光效率较低,发光峰红移。通过沿着垂直与c轴方向也就是非极性方向生长薄膜可以消除内建电场的影响。因此,我们开展非极性薄膜的生长、合金化和多量子阱研究,并采用IA族元素Na作为p型掺杂剂,开展了Na掺杂的非极性ZnO研究,为实现ZnO基光电器件应用探索出一条新的道路。本论文的研究工作主要包括以下内容:1.利用脉冲激光沉积技术在m面蓝宝石衬底上外延m面ZnO薄膜,系统的研究了生长温度、沉积压强对薄膜的影响。结果表明得到的ZnO薄膜都是沿着非极性m面方向生长的,不含有极性和半极性成分,在较高的温度和较低的压强下制备的薄膜晶体质量比较好。在r面蓝宝石上外延出a面ZnO薄膜,薄膜的摇摆曲线半高宽仅有0.47°,表面粗糙度1.7nm,比m面ZnO薄膜有更好的晶体质量。2.采用PLD方法在r面蓝宝石上制备了Na掺杂的非极性a面ZnO薄膜,实现了非极性a面ZnO薄膜的p型转变。研究了Na含量、生长温度和沉积压强对电学性能的影响。得到的p型薄膜最佳的电学性能为:电阻率102Ωcm,空穴迁移率1.41cm2/Ⅴ、s,载流子浓度5.19×1016cm-3。制备出a面取向的ZnO同质p-n结,I-V特性曲线有一定的整流效应,验证了薄膜的p型导电行为。3.制备出较好晶体质量的非极性ZnMgO和非极性ZnCdO薄膜,实现了非极性ZnO薄膜的带隙调节。研究了生长温度和压强对非极性ZnMgO薄膜的晶体质量和性能的影响。在550℃,1Pa下制备的非极性ZnMgO薄膜具有最好的晶体质量,摇摆曲线半高宽为0.53℃,AFM测试得到的表面粗糙度仅为1.54nm。Hall测试得到薄膜的电阻率为1.51Ωcm,载流子迁移率7.74cm2/Vs,载流子浓度1.88×1018cm-3,呈n型导电。通过改变沉积压强,我们可以引入13%的Cd而不出现分相,但此时是以极性取向占主导,可以引入7.2%的Cd而薄膜仍然保持单一的a面非极性取向,实现禁带宽度从3.30到3.01eV内变化。4.在r面蓝宝石上制备了一系列不同阱宽的10周期ZnMgO/ZnO多量子阱,阱宽从2.2到5.6nm范围内变化。XRD测试表明量子阱沿着a面(1120)方向生长,具有单一的非极性择优取向。截面TEM测试表明量子阱有很好的周期性以及陡峭的界面。观察到了不同阱宽量子阱在低温和室温下的量子限域效应。研究了量子阱中的激子局域化效应、激子束缚能和温度淬灭效应。在c面蓝宝石上我们采用相同的方法制备了一系列与a面多量子阱相同阱宽的c面多量子阱,发现在我们所设计的阱宽范围内,非极性多量子阱没有出现发光峰的红移,极性多量子阱在阱宽大于5nm后出现了明显的红移现象,也即量子限域斯塔克效应,同时非极性多量子阱比极性多量子阱有更高的电子-空穴限制效率,这对光电器件的应用有非常重要的意义。
曹坤[8](2014)在《化学浴沉积法制备择优取向生长ZnO薄膜及物性研究》文中研究表明氧化锌(Zno)是Ⅱ-Ⅵ族组成的金属氧化物半导体,由于其相对宽的直接带隙(-3.37eV)和较高的激子束缚能(60meV),使得其具有在室温下发光的潜力,被称为第三代半导体材料。近几十年来,在纳米技术产业中,对ZnO潜在应用的研究非常活跃,如光电器件,发光二极管,光电探测器,气敏元件等。此外,原材料廉价而且丰富,较好的生物相容性,无毒,良好的化学和热稳定性和抗辐射能力,这都让ZnO在未来的许多应用中是一种优先考虑的材料。目前,ZnO择优取向生长薄膜的制备的研究主要集中在物理方法,如分子束外延、射频磁控溅射、脉冲激光沉积等,但这些方法存在设备昂贵、成本高、操作复杂、对真空要求较高等诸多不足。本文中,选用经济且光学透过率高的非晶玻璃作为衬底,使用操作简单反应容易控制的化学浴沉积法制备择优取向生长ZnO薄膜,但是直接在裸露的非晶玻璃上很难通过该方法制备择优取向生长的ZnO薄膜,为此,在非晶玻璃上用溶胶-凝胶法预先制备一层ZnO种子层,它给化学浴沉积过程中ZnO的沉积提供了形核点,降低了形核功,成功解决了这一难题,而且因为薄膜与衬底之间不存在严格的外延关系,不会因为原子的错配而产生残余应力,另外,ZnO种子层与化学浴沉积的ZnO薄膜属于同种材料,热膨胀系数相差不大,很好的避免了因为温度变化产生应变。对ZnO种子层制备过程中的关键参数进行了研究,如烧结温度、前驱液中MEA/Zn2+比例、旋涂次数、陈化温度、溶剂种类等,工艺参数的研究显示,烧结温度在370-500℃C范围变化时,对化学浴沉积ZnO薄膜的取向影响不大,但影响其晶粒尺寸,但当温度高于500℃C时,由于种子层ZnO与非晶玻璃中Si02反应,使种子层中ZnO减少,经化学浴沉积后ZnO薄膜质量不好。乙醇胺MEA具有很强的质子化能力,可以与Zn2+络合,使其在溶胶中分散开来,形成一个Zn2+均匀分布的体系,同时MEA保证溶胶的稳定性,前驱液中MEA/Zn2+比例影响化学浴沉积薄膜的质量,当MEA/Zn2+=0.5时,络合作用相对较弱,体系没有良好的分散性,而当MEA/Zn2+=2.5时,会产生团聚,经化学浴沉积后薄膜粗糙度较大,MEA/Zn2+=0.5,薄膜质量最好,颗粒分布最均匀。旋涂次数的多少主要影响ZnO的(002)取向性,随着旋涂次数增加,(002)衍射峰相对强度明显增强。而陈化温度和溶剂种类严重影响最终薄膜的择优取向性,发现当陈化温度为18℃C,最终薄膜的非极性择优取向和质量最好。化学浴沉积时主要研究了醇的种类及其含量和非极性辅助剂的种类及其含量的影响。不同的醇具有不同性质,会吸附在ZnO的某些特定晶面,抑制其生长,研究发现,甲醇可能吸附在ZnO的(110)、(100)和(002)晶面上,而乙醇、异丙醇和正丙醇可能吸附在(002)和(101)晶面处,这样更有利于ZnO沿(100)和(110)晶面方向生长。非极性辅助剂主要是调节溶液的极性,与“相似相溶”原理类似,当溶液的极性和ZnO某一晶面极性大小相近时,越有利于该晶面的生长;不同的非极性辅助剂对于ZnO非极性薄膜的制备都有自己浓度范围,当其浓度增加,随着非极性薄膜的生成,非极性的溶液会向ZnO非极性晶面聚集,Zn2+向衬底表面移动受到阻碍,导致薄膜厚度减小,当浓度过高时,甚至只有少量薄膜生成。本文还通过XRD、AFM及SEM等表征方法对不同择优取向ZnO薄膜晶体结构和表面形貌进行了研究,发现(100)择优取向与(100)和(110)同时占优薄膜形貌相似,(110)择优取向薄膜表面粗糙度最大,(101)择优取向薄膜表面粗糙度最小。也对表面润湿性进行了研究,(110)择优取向薄膜具有较好的疏水性,(101)择优取向薄膜疏水性次之,(100)择优取向与(100)和(110)同时占优的薄膜疏水性较差。通过光致发光光谱和紫外可见光光谱分析,所制备薄膜具有良好的结晶质量,透射率很高。
齐琳[9](2014)在《在改型的p型Si衬底上制备具有非极性择优取向生长的氧化锌薄膜》文中指出现阶段国内外对非极性ZnO的研究越来越受到关注,这是由于沿本征方向生长的ZnO会由于其自身结构而引起压电效应及自发极化效应,因此大大限制了薄膜器件的实际应用,相比之下,非极性ZnO在结构上有着天然的优势,因此,本文以制备非极性ZnO薄膜为实验目的展开工作。本文工作分为两部分,首先是利用湿化学刻蚀技术在单晶Si衬底上进行表面改型,最终获得形貌优良的连续V槽衬底,并预想通过此法获取随机排列的ZnO薄膜;其次是用CBD法在单晶Si衬底上获得不同表面形貌的非极性ZnO薄膜,并以此作为pn结来探究其电学特性。主要研究内容包括以下方面:首先利用湿法各向异性刻蚀技术,选用5mol/L的KOH和1mol/L的IPA混合溶液作为刻蚀剂,采用磁控溅射方法制备Ti02薄膜作为刻蚀掩模,在单晶Si(100)衬底上获得了排列整齐的“V”型沟槽结构。讨论了不同的刻蚀时间,不同清洗方式及其他因素对最终刻蚀形貌的影响。实验中发现,随着刻蚀时间的增加,“V”型沟槽的深度和宽度逐渐增加,同时Ti02掩模不断被消耗。当掩模消耗殆尽后,已形成的沟槽结构的尖端开始被腐蚀而导致结构恶化。水浴温度控制在55℃,经过35分钟的刻蚀在160nm厚的TiO2掩模的保护下可以得到侧壁较光滑平整的“V”型沟槽结构并在此基础上沉积ZnO种子,在刻蚀Si衬底表面获得具有特殊择优取向的种子并在此基础上进行化学浴沉积。其次在单晶p型Si衬底上制备沿非极性择优取向生长的ZnO薄膜,先从种子层的制备条件出发,在锌离子浓度、匀胶机转速、预热温度以及烧结温度均为最优参数的基础上,通过改变种子层的旋涂次数来改变种子层表面ZnO的择优取向,并分析了种子层的择优取向与后续生长的ZnO薄膜沿择优取向生长的关系,即ZnO薄膜(002)面的择优取向随种子层层数的增大而增大。确定了种子层的最优条件之后,通过CBD溶液中对醇的种类、异丙醇的量、环己烷的量这三个条件的不断优化进而确定了最佳的溶液配比。最后在涂有种子层的p型Si衬底上获得了高质量的沿非极性择优取向生长的ZnO薄膜。
孟祥钦[10](2014)在《PZT基双层压电复合薄膜制备及性能研究》文中研究表明随着电子信息系统微型化、小型化的发展,对电路的集成度提出了越来越高的要求,同时也促进了电子材料薄膜集成化的快速发展,尤其是压电复合薄膜材料因其在高频SAW器件、可调谐电容器以及微传感器与微执行器中的应用更是成为了研究热点。然而,要充分发挥压电复合薄膜的多功能性,不仅要选择合适的压电材料进行集成,还要对复合薄膜材料的制备工艺进行优化选择。本论文以ZnO、AlN、PZT三种压电薄膜材料为研究对象,研制出了基于PZT层的ZnO/PZT、AlN/PZT两种体系的双层压电复合薄膜结构。重点对该体系压电复合薄膜材料的制备以及结构和性能的影响因素进行分析研究,探讨了PZT薄膜参数对复合薄膜的结构和性能的影响规律,讨论了ZnO作为缓冲层对AlN/ZnO双层压电复合薄膜的结构和性能的影响。主要研究内容如下:1.采用磁控溅射结合RTA晶化处理制备了表面结构致密、高度择优取向、电学性能良好的PZT薄膜。系统研究了溅射功率、衬底温度、溅射气氛、快速后退火等工艺参数对PZT薄膜结构组成及性能影响规律。结果表明,在Ar/O2流量比为45/0.65 sccm的气氛中,当溅射功率为170 W,衬底温度200°C时,制备的PZT薄膜经过650°C,保温时间40 s快速退火处理后,薄膜呈现出高度(111)择优取向,并且薄膜表面结构致密,晶粒大小均匀,表面平整度较高,展现出了优异的铁电特性和绝缘性能。同时研究结果显示,随着退火温度升高,保温时间的延长,PZT薄膜中的焦绿石相逐渐转变为(111)择优取向的钙钛矿结构,但是随着溅射功率和衬底温度的升高,PZT薄膜则以(100)取向为主,薄膜晶粒有长大的趋势,薄膜的表面粗糙度增加,电学性能显着下降。2.以(111)取向的PZT/Pt/Ti/SiO2/Si为衬底,采用射频反应磁控溅射法成功制备了ZnO/PZT双层压电复合薄膜。通过调节薄膜生长工艺和退火工艺参数,制备出了高质量、高c轴择优取向、电性能优异的PZT基ZnO薄膜。当溅射功率110 W,衬底温度600°C,Ar/O2流量比为10/4 sccm时,制备的ZnO/PZT薄膜经过600°C快速退火处理后,ZnO薄膜的结晶质量可以得到明显改善,薄膜晶粒更加均匀,结构更加致密,使得ZnO/PZT双层压电复合薄膜具有非常优异的绝缘特性和良好的压电性能,漏电流密度为10-8 A/cm2,压电系数达到8 pm/V。同时研究发现,随着退火温度的升高,薄膜中的应力状态由压应力转变为拉应力,薄膜内应力得到释放。3.以(111)取向的PZT/Pt/Ti/SiO2/Si为衬底,采用直流反应磁控溅射法成功制备了AlN/PZT双层压电复合薄膜。通过研究溅射功率、溅射气氛、衬底温度、以及溅射气压对AlN薄膜的结构成分以及性能的影响规律,在优化工艺条件下制备出了高质量、高c轴择优取向、电性能优异的PZT基AlN复合压电薄膜,漏电流密度达到10-9 A/cm2,压电系数值为5 pm/V。同时研究表明,在AlN薄膜的制备过程中,溅射功率、氩氮流量比以及溅射气压对薄膜的结构组成及性能有着显着的影响,而衬底温度主要对AlN薄膜的结晶质量和内应力有着明显的影响。随着衬底温度的升高,AlN薄膜结晶质量得到提高,漏电流密度显着下降,薄膜内的应力状态由压应力转变为拉应力,应力大小随着温度的升高先减小后增加。4.系统研究了ZnO、AlN薄膜的结构组成和电学性能随(111)取向PZT薄膜厚度的变化关系。结果表明,随着PZT层厚度的增加,ZnO薄膜与AlN薄膜的(002)衍射峰位都有显着的偏移,导致了薄膜内应力状态发生了明显的转变。其中当PZT层厚度为330 nm时,制备的ZnO薄膜具有最优的取向度和结晶质量,薄膜的漏电流密度达到10-8 A/cm2,薄膜的介电常数为11.7,压电系数约为8.4 pm/V。当PZT层厚度为600 nm时,制备的AlN薄膜内应力最小,薄膜具有最高的结晶程度和c轴取向度,漏电流密度为10-9 A/cm2,介电常数为16.3,压电系数达到5.6 pm/V。5.在(100)和(110)取向的PZT层上分别制备出了ZnO/PZT、AlN/PZT压电复合薄膜结构,系统研究了不同取向的PZT薄膜对ZnO、AlN薄膜的结构组成、微观形貌以及电学性能的影响。结果表明,虽然(100)、(110)、(111)取向的PZT薄膜都具有较好的结晶质量和表面形貌,但是在(111)取向的PZT上生长的ZnO、AlN薄膜不仅具有较好的结晶质量和相对较高的c轴取向度,ZnO薄膜(002)衍射峰的摇摆曲线半高宽为2.8°,AlN薄膜(002)峰的摇摆曲线半高宽为3.7°,而且沉积在(111)取向的PZT上的ZnO、AlN薄膜同样具有最佳的表面形貌和绝缘性能。6.利用ZnO缓冲层成功制备出了具有高度c轴择优取向的AlN/ZnO双层压电复合薄膜,研究了ZnO缓冲层对AlN薄膜的结构以及电学性能的影响。ZnO作为缓冲层不仅有助于提高AlN薄膜的结晶质量和c轴取向度,而且还显着增强了薄膜的电学性能。当加5 V正向偏压时,AlN/ZnO复合薄膜漏电流密度同样达到了10-9 A/cm2,相对于Si基AlN薄膜漏电流密度下降了近三个数量级。对其进行压电性能测试,发现AlN/ZnO复合薄膜的压电系数可以达到6 pm/V。
二、ZnO薄膜的择优取向生长(论文开题报告)
(1)论文研究背景及目的
此处内容要求:
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景,再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题,并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例:
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
(2)本文研究方法
调查法:该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法:用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法:通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法:通过调查文献来获得资料,从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法:依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法:对研究对象进行“质”的方面的研究,这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法:通过具体的数字,使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法:运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法:这是社会科学用来分析社会现象的一种方法,从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法:通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、ZnO薄膜的择优取向生长(论文提纲范文)
(1)氧化锌压电薄膜的制备及其相关性能研究(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
第一章 绪论 |
1.1 本课题的研究背景和意义 |
1.2 ZnO简介 |
1.2.1 ZnO的晶体结构 |
1.2.2 ZnO的基本性质 |
1.3 ZnO薄膜的研究现状 |
1.3.1 ZnO薄膜的制备 |
1.3.2 ZnO薄膜的应用 |
1.4 本论文的主要研究内容 |
第二章 ZnO薄膜及SAW谐振器的制备和表征方法 |
2.1 ZnO薄膜的制备 |
2.1.1 ZnO薄膜的制备技术 |
2.1.2 ZnO薄膜的制备设备 |
2.1.3 ZnO薄膜的制备工艺 |
2.2 ZnO薄膜的表征方法 |
2.2.1 X射线衍射法(XRD) |
2.2.2 扫描电子显微镜(SEM) |
2.2.3 原子力显微镜(AFM) |
2.3 SAW器件的制备和表征技术 |
2.3.1 SAW器件的制备 |
2.3.2 SAW器件的表征 |
2.4 本章小节 |
第三章 Si衬底上ZnO薄膜的性能研究 |
3.1 溅射功率对Si衬底上ZnO薄膜制备的影响 |
3.2 不同氧气流量对Si衬底上ZnO薄膜制备的影响 |
3.3 不同退火温度对Si衬底沉积的ZnO薄膜的影响 |
3.4 本章小结 |
第四章 GGG衬底上ZnO薄膜的性能研究 |
4.1 溅射功率对GGG衬底上ZnO薄膜制备的影响 |
4.2 不同氧气流量对GGG衬底上ZnO薄膜制备的影响 |
4.3 不同退火温度对GGG衬底上ZnO薄膜制备的影响 |
4.4 本章小结 |
第五章 声表面波谐振器的制备和测试 |
5.1 制备工艺流程 |
5.2 叉指电极的工艺探索 |
5.3 谐振器测试结果分析 |
5.4 本章小结 |
第六章 全文总结与展望 |
6.1 全文总结 |
6.2 展望 |
致谢 |
参考文献 |
攻读硕士期间取得的成果 |
(2)超声喷雾热解法制备高品质ZnO纳米薄膜及其掺杂和生长机理的研究(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
第一章 绪论 |
1.1 引言 |
1.2 ZnO薄膜材料的研究现状 |
1.2.1 ZnO的基本性质 |
1.2.2 ZnO的应用 |
1.3 AZO薄膜材料的研究现状 |
1.4 ZnO和 AZO的常用薄膜制备方法 |
1.4.1 真空蒸发镀膜法 |
1.4.2 溅射镀膜法 |
1.4.3 化学气相沉积法 |
1.4.4 溶胶-凝胶法 |
1.4.5 液相沉积法 |
1.4.6 脉冲激光沉积 |
1.4.7 喷雾热分解法 |
1.5 课题的提出与主要研究内容 |
第二章 超声喷雾热解技术的介绍及表征方法 |
2.1 超声喷雾热分解(USP)技术的介绍 |
2.2 超声喷雾热分解技术机理 |
2.2.1 超声喷雾热分解成膜的原理 |
2.2.2 工艺过程及其影响因素 |
2.2.3 超声喷雾热分解技术的优势 |
2.3 超声喷雾热解系统的优化及改进 |
2.3.1 衬底、托盘及加热装置的改进 |
2.3.2 喷嘴的改进 |
2.3.3 薄膜晶核的形成与长大过程 |
2.4 薄膜的表征 |
2.4.1 掠入射X射线衍射分析(GIXRD) |
2.4.2 扫描电子显微镜(SEM) |
2.4.3 紫外-可见分光光度计 |
2.4.4 RTS-9 型双电测四探针测试仪 |
2.4.5 荧光分光光度计 |
2.4.6 白光干涉仪 |
2.5 本章小结 |
第三章 ZnO薄膜的结构、表面形貌、光学性质及生长机理的研究 |
3.1 引言 |
3.2 薄膜样品的制备 |
3.2.1 前驱体溶液的配置 |
3.2.2 衬底的清洗 |
3.2.3 超声喷雾系统的使用流程 |
3.2.4 ZnO薄膜样品的制备工艺 |
3.2.5 测试手段 |
3.3 结果与讨论 |
3.3.1 衬底温度对ZnO纳米薄膜晶体结构的影响 |
3.3.2 衬底温度对ZnO纳米薄膜表面形貌的影响 |
3.3.3 衬底温度对ZnO纳米薄膜粗糙度的影响 |
3.3.4 衬底温度对ZnO纳米薄膜光学性能的影响 |
3.4 本章小结 |
第四章 AZO薄膜的结构、表面形貌及光电性质的研究 |
4.1 前沿 |
4.2 薄膜样品的制备 |
4.2.1 实验仪器、原料及前驱体溶液的配置 |
4.2.2 衬底的清洗及具体实验流程 |
4.2.3 AZO薄膜样品的制备工艺 |
4.2.4 测试手段 |
4.3 结果与讨论 |
4.3.1 掺杂比对AZO薄膜晶体结构的影响 |
4.3.2 掺杂比对AZO薄膜光学性能的影响 |
4.3.3 掺杂比对AZO薄膜电学性能的影响 |
4.3.4 AZO薄膜的荧光效应 |
4.3.5 衬底温度对AZO薄膜表面形貌的影响 |
4.4 本章小结 |
第五章 全文总结及展望 |
5.1 全文总结 |
5.2 展望 |
致谢 |
参考文献 |
在校期间发表的论文专着及取得的科研成果 |
(3)疏水性ZnO薄膜的构建及其抑制生物被膜性能研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1章 引言 |
1.1 纳米氧化锌(ZnO)薄膜的概述及应用 |
1.1.1 应用于光催化领域 |
1.1.2 应用于染料敏化太阳能电池领域 |
1.1.3 应用于传感器领域 |
1.1.4 应用于抗菌领域 |
1.1.5 应用于紫外探测器件 |
1.2 纳米ZnO膜的制备方法研究现状 |
1.2.1 基底材料表面制备纳米ZnO薄膜 |
1.2.2 纳米ZnO与膜基质混合成膜 |
1.3 ZnO的抗菌机理 |
1.3.1 ZnO抗菌机理 |
1.3.2 影响ZnO抗菌性能的因素 |
1.4 ZnO抑制生物被膜的研究现状及发展 |
1.4.1 不同基底材料表面ZnO薄膜的抗菌性及抑制生物被膜性能 |
1.4.2 不同元素掺杂ZnO薄膜的抗菌性及抑制生物被膜性能 |
1.4.3 ZnO基质膜的抗菌性能 |
1.5 材料表面性质影响生物被膜的形成和粘附 |
1.6 疏水性表面的研究现状及发展 |
1.7 选题的目的、意义及主要内容 |
1.7.1 选题的目的与意义 |
1.7.2 主要研究内容 |
第2章 ZnO薄膜的sol-gel法制备及抑制生物被膜性能研究 |
2.1 实验材料与仪器 |
2.1.1 实验材料 |
2.1.2 实验仪器 |
2.2 实验方法 |
2.2.1 阳极氧化法制备PAA膜 |
2.2.2 sol-gel法制备ZnO薄膜 |
2.2.3 PAA膜及ZnO薄膜的表征分析 |
2.2.4 ZnO薄膜表面腐败希瓦氏菌生物被膜表征及测定 |
2.3 结果与讨论 |
2.3.1 Sol-gel法合成ZnO粉体的XRD表征 |
2.3.2 TG/DTA分析 |
2.3.3 PAA膜的微观形貌分析 |
2.3.4 ZnO薄膜的微观形貌分析 |
2.3.5 疏水性改性前后ZnO的FT-IR表征 |
2.3.6 ZnO薄膜表面亲疏水性表征 |
2.3.7 ZnO薄膜表面腐败希瓦氏菌生物被膜表征分析 |
2.4 本章小结 |
第3章 ZnO薄膜的水热法合成及抑制生物被膜性能研究 |
3.1 实验材料与仪器 |
3.1.1 实验材料 |
3.1.2 实验仪器 |
3.2 实验方法 |
3.2.1不锈钢基片上ZnO薄膜的水热法合成 |
3.2.2 ZnO薄膜的表征方法 |
3.2.3 ZnO薄膜表面腐败希瓦氏菌生物被膜表征及测定 |
3.3 结果与讨论 |
3.3.1 sol-gel法制备的ZnO种子层的微观形貌及粉体的XRD表征 |
3.3.2 不同pH值条件制备的ZnO薄膜形貌及结构表征 |
3.3.3 Ag掺杂ZnO薄膜 |
3.4 本章小结 |
第4章 ZnO薄膜的电沉积法合成及抑制生物被膜性能研究 |
4.1 实验材料与仪器 |
4.1.1 实验材料 |
4.1.2 实验仪器 |
4.2 实验方法 |
4.2.1 电沉积法制备ZnO薄膜 |
4.2.2 ZnO薄膜的表征分析 |
4.3 结果与讨论 |
4.3.1 KCl体系制备的ZnO薄膜 |
4.3.2 CH_3COONH_4体系制备的ZnO薄膜 |
4.4 本章小结 |
第5章 几种疏水性ZnO薄膜抑制生物被膜性能比较 |
5.1 实验过程 |
5.2 结果与讨论 |
5.2.1 ZnO薄膜表面形貌对比 |
5.2.2 改性后ZnO薄膜表面疏水性能对比 |
5.2.3 ZnO薄膜表面抑制腐败希瓦氏菌生物被膜性能对比分析 |
5.2.4 ZnO薄膜表面抑制腐败希瓦氏菌生物被膜影响因素及机理分析 |
5.2.5 几种薄膜表面抑制生物被膜性能比较 |
5.3 本章小结 |
第6章 结论 |
参考文献 |
致谢 |
攻读博士期间主要的研究成果 |
(4)铜锌锡硫(Cu2ZnSnS4)太阳能电池关键膜层的制备及性能研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第一章 绪论 |
1.1 引言 |
1.2 太阳能电池简介 |
1.2.1 太阳能电池的工作原理 |
1.2.2 太阳能电池的分类 |
1.3 CZTS薄膜太阳能电池简介 |
1.3.1 CZTS薄膜太阳能电池的结构 |
1.3.2 CZTS薄膜太阳能电池的研究进展 |
1.4 CZTS薄膜太阳能电池关键膜层的研究现状 |
1.4.1 吸收层CZTS材料的研究现状 |
1.4.2 窗口层ZnO基薄膜的研究现状 |
1.5 本论文的主要研究意义和工作内容 |
第二章 CZTS太阳能电池关键膜层的制备及表征技术 |
2.1 实验试剂和设备 |
2.2 实验工艺 |
2.2.1 吸收层CZTS粉体及薄膜的制备 |
2.2.2 窗口层ZnO基薄膜的制备 |
2.2.3 CZTS薄膜太阳能电池的磁控溅射试制备 |
2.3 样品表征 |
2.3.1 部分表征设备图片 |
第三章 CZTS粉体的合成与性能研究 |
3.1 引言 |
3.2 CZTS粉体的水热法制备研究 |
3.2.1 物相结构分析 |
3.2.2 化学成分分析 |
3.3 CZTS粉体的机械化学合成研究 |
3.3.1 不同球磨条件下制备CZTS粉体的物相分析 |
3.3.2 烧结温度对CZTS粉体的烧结性能影响的研究 |
3.3.3 不同球磨条件下制备的CZTS粉体的烧结性能研究 |
本章小结 |
第四章 CZTS薄膜的单靶磁控溅射沉积与性能研究 |
4.1 引言 |
4.2 基底温度对CZTS薄膜结构及性能的影响 |
4.2.1 薄膜的化学组分分析 |
4.2.2 物相结构分析 |
4.2.3 表面形貌分析 |
4.2.4 光学性能分析 |
4.2.5 电学性能分析 |
4.3 溅射气压对CZTS薄膜结构及性能的影响 |
4.3.1 薄膜的沉积速率与化学组分分析 |
4.3.2 物相结构分析 |
4.3.3 表面形貌分析 |
4.3.4 电学性能分析 |
4.3.5 光学性能分析 |
4.4 溅射功率对CZTS薄膜结构与性能的影响 |
4.4.1 薄膜的沉积速率与化学组分分析 |
4.4.2 物相结构分析 |
4.4.3 表面形貌分析 |
4.4.4 电学性能分析 |
4.4.5 光学性能分析 |
4.5 直流脉冲电源脉冲频率对CZTS薄膜结构与成分的影响 |
4.5.1 薄膜的沉积速率与化学组分分析 |
4.5.2 物相结构分析 |
4.5.3 表面形貌分析 |
本章小结 |
第五章 窗口层ZnO基薄膜的制备及性能研究 |
5.1 引言 |
5.2 溶胶-凝胶法制备BZO薄膜 |
5.2.1 掺杂浓度对薄膜结构,形貌和光电性能的影响 |
5.2.2 热解温度对薄膜结构,形貌和光电性能的影响 |
5.3 磁控溅射制备BZO薄膜 |
5.3.1 掺杂浓度对薄膜结构,形貌及光电性能的影响 |
5.3.2 基底温度对薄膜结构,形貌及光电性能的影响 |
5.3.3 溅射功率对薄膜结构,形貌及光电性能的影响 |
5.4 i-ZnO薄膜的制备与研究 |
5.4.1 基底温度对ZnO结构,形貌和光电性能的影响 |
5.4.2 O_2/(O_2+Ar)比对ZnO结构和光电性能的影响 |
本章小结 |
第六章 CZTS薄膜太阳能电池的磁控溅射试制备 |
6.1 引言 |
6.2 CZTS薄膜太阳能电池的试制备 |
6.3 CZTS薄膜太阳能电池的光伏性能分析 |
本章小结 |
总结与展望 |
本文的特色与创新之处 |
参考文献 |
攻读博士学位期间发表的学术论文 |
致谢 |
(5)液相化学法制备择优取向生长ZnO薄膜及Al掺杂研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1章 绪论 |
1.1 研究背景 |
1.2 ZnO的基本性质 |
1.2.1 晶体结构 |
1.2.2 ZnO的能带结构 |
1.2.3 ZnO光学性能 |
1.2.4 ZnO电学性能 |
1.3 ZnO掺杂 |
1.4 ZnO薄膜的制备方法 |
1.4.1 气相法制备技术 |
1.4.2 液相法制备技术 |
1.5 ZnO薄膜的应用 |
1.5.1 压电器件 |
1.5.2 太阳能电池 |
1.5.3 气敏元件 |
1.6 本研究的内容及意义 |
第2章 实验原理与表征方法 |
2.1 本文ZnO薄膜的制备 |
2.1.1 SG-ZnO衬底的制备原理 |
2.1.2 CBD薄膜的制备原理 |
2.2 分析手段及基本原理 |
2.2.1 X射线衍射分析 |
2.2.2 扫描电子显微分析 |
2.2.3 X射线能量色散谱分析 |
2.2.4 原子力显微镜分析 |
2.2.5 紫外-可见光光谱分析 |
2.2.6 光致发光分析 |
2.2.7 范德堡法 |
第3章 CBD法制备非极性ZnO薄膜的条件优化 |
3.1 前言 |
3.2 实验设备及化学试剂 |
3.2.1 实验设备 |
3.2.2 化学试剂 |
3.3 制备条件的优化 |
3.3.1 种子层的制备 |
3.3.2 溶剂的影响 |
3.3.2 非极性辅助剂含量的影响 |
3.4 本章结论 |
第4章 Al掺杂非吸性ZnO薄膜的制备及性能研究 |
4.1 Al掺杂非极性ZnO薄膜的制备 |
4.2 Al掺杂含量的影响 |
4.2.1 晶体结构 |
4.2.2 表面形貌及成分 |
4.2.3 电学性能 |
4.2.4 光学性能 |
4.3 本章结论 |
第5章 结论 |
5.1 结论 |
参考文献 |
致谢 |
(6)Al衬底取向与ZnO薄膜织构的关系(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第一章 文献综述 |
1.1 研究背景 |
1.2 ZnO 的晶体结构及物理特性 |
1.3 ZnO 薄膜的研究现状 |
1.3.1 ZnO 薄膜的制备技术 |
1.3.2 ZnO 薄膜的应用 |
1.4 ZnO 薄膜衬底缓冲层的研究进展 |
1.5 研究内容及意义 |
第二章 实验材料及方法 |
2.1 实验材料 |
2.2 ZnO 薄膜的制备 |
2.3 试样的组织及织构表征 |
2.3.1 XRD 对物相及宏观织构的测试 |
2.3.2 EBSD 检测基底的晶粒取向 |
2.3.3 AFM 观察 ZnO 薄膜的表面形貌 |
第三章 单晶 Al 衬底上 ZnO 薄膜的组织结构 |
3.1 Al{001}和 Al{111}衬底上 ZnO 薄膜的显微形貌 |
3.2 不同 Al 衬底上 ZnO 薄膜的织构 |
3.2.1 Al{001}衬底上 ZnO 薄膜的织构 |
3.2.2 Al{111}衬底上 ZnO 薄膜的织构 |
3.2.3 Al 衬底取向与 ZnO 薄膜织构的外延特性 |
3.3 本章小结 |
第四章 高纯 Al 再结晶织构的演变 |
4.1 实验材料与方法 |
4.2 再结晶退火温度对高纯 Al 显微形貌的影响 |
4.3 再结晶退火过程中 Al 的织构演变 |
4.3.1 冷轧 Al 的织构分析 |
4.3.2 再结晶 Al 的织构分析 |
4.3.3 再结晶过程中 Al 的织构演变行为 |
4.4 本章小结 |
第五章 多晶 Al 衬底上的 ZnO 薄膜 |
5.1 实验材料与方法 |
5.2 溅射工艺及衬底对 ZnO 薄膜的影响 |
5.3 Al 衬底取向与 ZnO 薄膜织构的分析 |
5.3.1 Al 衬底的选取及取向分析 |
5.3.2 ZnO 薄膜的物相及形貌 |
5.3.3 ZnO 薄膜的织构分析 |
5.3.4 Al 衬底取向与 ZnO 薄膜织构的外延关系 |
5.4 Al 衬底对 ZnO 薄膜的影响 |
5.5 本章小结 |
第六章 全文结论 |
致谢 |
参考文献 |
附录 攻读硕士学位期间发表的论文 |
(7)非极性ZnO基薄膜制备及Na掺杂和ZnMgO/ZnO多量子阱研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第一章 前言 |
第二章 文献综述 |
2.1 ZnO的结构与性能 |
2.1.1 ZnO的晶体结构 |
2.1.2 ZnO的能带结构 |
2.1.3 ZnO的物理与化学性质 |
2.1.4 ZnO的光学性能 |
2.1.5 ZnO的电学性能 |
2.2 ZnO的缺陷与掺杂 |
2.2.1 ZnO的本征缺陷 |
2.2.2 ZnO的非故意掺杂 |
2.2.3 ZnO的p型掺杂 |
2.3 ZnO的合金化 |
2.3.1 ZnO的能带工程 |
2.3.2 ZnMgO合金 |
2.3.3 ZnCdO合金 |
2.4 ZnO基量子阱与超晶格 |
2.4.1 半导体超晶格与量子阱简介 |
2.4.2 ZnO基量子阱 |
2.5 非极性ZnO薄膜及相关研究进展 |
2.5.1 制备非极性ZnO薄膜的意义 |
2.5.2 非极性ZnO薄膜的研究现状 |
2.6 本文研究思路 |
第三章 实验原理、生长方法和表征技术 |
3.1 脉冲激光沉积技术的原理与特点 |
3.1.1 脉冲激光沉积技术的特点 |
3.1.2 脉冲激光沉积技术的原理 |
3.2 脉冲激光沉积系统 |
3.3 实验方法 |
3.3.1 靶材的制备 |
3.3.2 衬底清洗 |
3.3.3 样品制备 |
3.4 性能表征 |
第四章 非极性ZnO薄膜的生长及性能研究 |
4.1 在m面蓝宝石上制备m面ZnO薄膜 |
4.1.1 生长温度对m面ZnO薄膜的影响 |
4.1.2 沉积压强对m面ZnO薄膜的影响 |
4.2 在r面蓝宝石上制备a面ZnO薄膜 |
4.2.1 a面ZnO薄膜的结构 |
4.2.2 a面ZnO薄膜的形貌 |
4.2.3 a面ZnO薄膜的电学性能 |
4.2.4 a面ZnO薄膜的光学性能 |
4.3 本章小结 |
第五章 Na掺杂非极性ZnO薄膜研究 |
5.1 Na掺杂非极性a面ZnO薄膜 |
5.1.1 Na含量对a面ZnO薄膜的影响 |
5.1.2 衬底温度对Na掺杂a面ZnO薄膜的影响 |
5.1.3 沉积压强对Na掺杂a面ZnO薄膜的影响 |
5.2 Na掺杂非极性m面ZnO薄膜 |
5.2.1 Na掺杂m面ZnO薄膜的结构 |
5.2.2 Na掺杂m面ZnO薄膜的表面形貌 |
5.2.3 Na掺杂m面ZnO薄膜的电学和光学性能 |
5.3 本章小结 |
第六章 非极性a面ZnO基合金薄膜生长及性能研究 |
6.1 非极性a面ZnMgO薄膜的生长以及性能研究 |
6.1.1 生长温度对非极性a面ZnMgO合金薄膜的影响 |
6.1.2 沉积压强对非极性a面ZnMgO合金薄膜的影响 |
6.2 非极性a面ZnCdO薄膜生长和性能的影响 |
6.2.1 沉积压强对非极性a面ZnCdO合金薄膜中Cd含量的影响 |
6.2.2 非极性a面ZnCdO合金薄膜的晶体结构 |
6.2.3 非极性a面ZnCdO合金薄膜的表面形貌 |
6.2.4 非极性a面ZnCdO合金薄膜的化学态 |
6.2.5 非极性a面ZnCdO合金薄膜的光学性能 |
6.3 本章小结 |
第七章 a面ZnMgO/ZnO多量子阱研究 |
7.1 非极性a面ZnMgO/ZnO多量子阱制备方法 |
7.2 非极性a面ZnMgO/ZnO多量子阱的结构 |
7.3 非极性a面ZnMgO/ZnO多量子阱的光学性能 |
7.3.1 非极性a面ZnMgO/ZnO单量子阱与多量子阱的光学性能 |
7.3.2 非极性a面ZnMgO/ZnO多量子阱中的量子限域效应 |
7.3.3 非极性a面ZnMgO/ZnO多量子阱中的激子束缚能 |
7.3.4 非极性a面ZnMgO/ZnO多量子阱中的激子局域化效应 |
7.3.5 非极性a面ZnMgO/ZnO多量子阱中的激子激活能 |
7.4 a面与c面ZnMgO/ZnO多量子阱比较 |
7.4.1 非极性a面与极性c面ZnMgO/ZnO多量子阱的结构 |
7.4.2 非极性a面与极性c面ZnMgO/ZnO多量子阱表面形貌 |
7.4.3 非极性a面与极性c面ZnMgO/ZnO多量子阱光学性能研究 |
7.5 非极性a面n-ZnO/MQWs/p-ZnO同质结 |
7.6 本章小结 |
第八章 结论 |
8.1 全文总结 |
8.2 本文主要创新点 |
8.3 未来工作展望 |
参考文献 |
致谢 |
个人简历 |
攻读博士学位期间发表的论文和其他科研成果 |
(8)化学浴沉积法制备择优取向生长ZnO薄膜及物性研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1章 绪论 |
1.1 研究背景 |
1.2 ZnO的性质 |
1.2.1 晶体结构和基本性质 |
1.2.2 ZnO的电子能带及固有缺陷 |
1.3 ZnO薄膜的应用 |
1.3.1 压电器件 |
1.3.2 太阳能电池 |
1.3.3 气敏元件 |
1.4 ZnO薄膜制备技术 |
1.4.1 分子束外延法 |
1.4.2 磁控溅射法 |
1.4.3 脉冲激光沉积法 |
1.4.4 金属有机气相化学沉积法 |
1.5 本论文的研究目的及意义 |
第2章 实验原理与表征方法 |
2.1 溶胶-凝胶技术基本原理 |
2.1.1 Sol-Gel法制备ZnO薄膜的生长机制 |
2.1.2 Sol-Gel法的工艺过程 |
2.2 化学浴沉积法制备ZnO薄膜的基本原理 |
2.3 表征方法及基本原理 |
2.3.1 X射线衍射分析 |
2.3.2 扫描电子显微镜分析 |
2.3.3 原子力显微镜分析 |
2.3.4 表面润湿性分析 |
2.3.5 光致发光分析 |
2.3.6 紫外-可见光光谱分析技术 |
第3章 ZnO非极性薄膜的制备研究 |
3.0 前言 |
3.1 化学试剂与实验设备 |
3.1.1 化学试剂 |
3.1.2 实验设备 |
3.2 种子层的影响 |
3.2.1 烧结温度 |
3.2.2 前驱液中MEA/Zn~(2+) |
3.2.3 旋涂次数 |
3.2.4 陈化温度 |
3.2.5 溶剂种类 |
3.2.6 小结 |
3.3 化学浴过程的影响 |
3.3.1 醇的影响 |
3.3.1.1 醇的种类 |
3.3.1.2 醇的含量 |
3.3.2 非极性辅助剂的影响 |
3.3.2.1 非极性辅助剂的种类 |
3.3.2.2 非极性辅助剂的含量 |
3.3.3 小结 |
3.4 种子层和化学浴过程交互影响 |
第4章 ZnO择优取向生长薄膜物性研究 |
4.1 晶体结构及表面形貌特性 |
4.2 表面润湿性 |
4.3 光学性能 |
4.3.1 透射率 |
4.3.2 光致发光 |
4.4 小结 |
第5章 结论与展望 |
5.1 结论 |
5.2 展望 |
参考文献 |
致谢 |
(9)在改型的p型Si衬底上制备具有非极性择优取向生长的氧化锌薄膜(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第1章 绪论 |
1.1 研究背景 |
1.2 ZnO的特性介绍 |
1.2.1 ZnO的晶体结构 |
1.2.2 非极性ZnO的特性及进展 |
1.2.3 ZnO本征缺陷与掺杂 |
1.2.4 ZnO薄膜器件的典型应用及发展现状 |
1.3 ZnO薄膜的制备方法 |
1.4 Si的各向异性刻蚀介绍 |
1.4.1 光刻工艺 |
1.4.2 掩膜的选择 |
1.4.3 掩膜的制备方法及原理 |
1.4.4 刻蚀分类 |
1.5 论文的研究内容及意义 |
第2章 实验方法及表征手段 |
2.1 物理制备法 |
2.1.1 MBE法 |
2.1.2 脉冲激光沉积技术(PLD) |
2.2 化学制备法 |
2.2.1 化学气相沉积法(CVD) |
2.2.2 液相法 |
2.3 薄膜的表征方法 |
2.3.1 X射线衍射原理及应用 |
2.3.2 扫描电子显微镜原理及应用 |
2.3.3 原子力显微镜的原理及应用 |
2.4 化学药品及仪器 |
第3章 在p型刻蚀Si衬底上制备非极性择优取向生长的ZnO薄膜 |
3.1 引言 |
3.2 实验部分 |
3.2.1 掩膜的制备及装置 |
3.2.2 湿法刻蚀剂的选择 |
3.2.3 刻蚀装置及刻蚀过程 |
3.3 结果与讨论 |
3.3.1 刻蚀时间的影响 |
3.3.2 清洗方式对刻蚀形貌的影响 |
3.3.3 其它条件对刻蚀形貌的影响 |
3.3.4 刻蚀Si衬底上制备非极性择优取向ZnO薄膜 |
3.4 本章小结 |
第4章 在单晶p型Si衬底上制备非极性择优取向生长的ZnO薄膜 |
4.1 介绍 |
4.2 实验步骤 |
4.2.1 溶胶凝胶1法在单晶Si衬底上制备种子层 |
4.2.2 CBD法制备非极性ZnO薄膜 |
4.2.3 实验表征与方法 |
4.3 实验结果与讨论 |
4.3.1 种子层制备条件对薄膜非极性取向择优生长的影响 |
4.3.2 CBD溶液极性对薄膜非极性择优取向生长的影响 |
4.4 本章结论 |
第5章 结论 |
参考文献 |
致谢 |
(10)PZT基双层压电复合薄膜制备及性能研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第一章 绪论 |
1.1 引言 |
1.2 压电薄膜材料简介 |
1.2.1 ZnO薄膜材料特性及应用 |
1.2.1.1 ZnO薄膜的结构及特性 |
1.2.1.2 ZnO薄膜的应用 |
1.2.2 AlN薄膜材料特性及应用 |
1.2.2.1 AlN薄膜的结构及特性 |
1.2.2.2 AlN薄膜的应用 |
1.2.3 PZT薄膜材料特性及应用 |
1.2.3.1 PZT薄膜的结构及特性 |
1.2.3.2 PZT薄膜的应用 |
1.3 压电薄膜制备方法 |
1.3.1 磁控溅射 |
1.3.2 脉冲激光沉积 |
1.3.3 分子束外延 |
1.3.4 溶胶-凝胶法 |
1.3.5 金属有机物化学气相沉积 |
1.4 压电复合薄膜的国内外研究现状 |
1.5 本论文研究意义和研究内容 |
第二章 薄膜样品制备与结构和性能表征 |
2.1 薄膜制备与晶化处理系统 |
2.1.1 薄膜磁控溅射系统 |
2.1.2 薄膜晶化处理系统 |
2.2 薄膜制备工艺 |
2.2.1 PZT薄膜制备 |
2.2.2 ZnO/PZT复合薄膜制备 |
2.2.3 AlN/PZT复合薄膜制备 |
2.3 薄膜结构和微观形貌表征方法 |
2.3.1 X射线衍射分析 |
2.3.2 激光拉曼光谱分析 |
2.3.3 原子力显微镜 |
2.3.4 扫描电子显微镜 |
2.4 薄膜电学性能表征方法 |
2.4.1 电压-电流性能测试(I-V) |
2.4.2 介电性能测试(C-V) |
2.4.3 铁电性能测试 |
2.4.4 压电性能测试 |
第三章 PZT薄膜制备及性能研究 |
3.1 引言 |
3.2 PZT薄膜制备技术研究 |
3.3 PZT薄膜性能与制备工艺关系研究 |
3.3.1 溅射功率对薄膜结构成分以及电学特性的影响 |
3.3.2 衬底温度对薄膜结构成分以及电学特性的影响 |
3.3.3 溅射气氛对薄膜结构成分以及电学特性的影响 |
3.4 PZT薄膜后处理性能研究 |
3.4.1 退火温度对薄膜结构成分以及电学特性的影响 |
3.4.2 退火时间对薄膜结构成分以及电学特性的影响 |
3.5 本章小结 |
第四章 ZnO/PZT复合薄膜制备及性能研究 |
4.1 引言 |
4.2 PZT基ZnO薄膜制备技术研究 |
4.3 PZT基ZnO薄膜性能与制备工艺关系研究 |
4.3.1 溅射功率对薄膜结构成分以及性能的影响 |
4.3.2 衬底温度对薄膜结构成分以及性能的影响 |
4.3.3 溅射气氛对薄膜结构成分以及性能的影响 |
4.4 PZT基ZnO薄膜后处理性能研究 |
4.4.1 退火温度对薄膜结构成分以及性能的影响 |
4.4.2 退火气氛对薄膜结构成分以及性能的影响 |
4.4.3 退火时间对薄膜结构成分以及表面形貌的影响 |
4.5 本章小结 |
第五章 AlN/PZT复合薄膜制备及性能研究 |
5.1 引言 |
5.2 PZT基AlN薄膜制备技术研究 |
5.3 PZT基AlN薄膜性能与制备工艺关系研究 |
5.3.1 溅射功率对薄膜结构成分以及性能的影响 |
5.3.2 溅射气氛对薄膜结构成分以及性能的影响 |
5.3.3 衬底温度对薄膜结构成分以及性能的影响 |
5.3.4 溅射气压对薄膜结构成分以及性能的影响 |
5.4 AlN/ZnO复合薄膜的制备及性能研究 |
5.4.1 ZnO缓冲层对AlN薄膜结构组成的影响 |
5.4.2 ZnO缓冲层对AlN薄膜微观形貌的影响 |
5.4.3 ZnO缓冲层对AlN/ZnO复合薄膜电学性能的影响 |
5.5 本章小结 |
第六章 PZT薄膜参数对复合薄膜的结构及性能影响研究 |
6.1 引言 |
6.2 复合薄膜性能随PZT厚度变化研究 |
6.2.1 PZT厚度对ZnO/PZT复合薄膜结构以及电学特性的影响 |
6.2.2 PZT厚度对AlN/PZT复合薄膜结构以及电学特性的影响 |
6.3 复合薄膜性能随PZT取向变化研究 |
6.3.1 PZT取向对AlN/PZT复合薄膜结构以及电学特性的影响 |
6.3.2 PZT取向对ZnO/PZT复合薄膜结构以及电学特性的影响 |
6.4 本章小结 |
第七章 结论 |
致谢 |
参考文献 |
攻读博士学位期间取得的成果 |
四、ZnO薄膜的择优取向生长(论文参考文献)
- [1]氧化锌压电薄膜的制备及其相关性能研究[D]. 王城. 电子科技大学, 2019(01)
- [2]超声喷雾热解法制备高品质ZnO纳米薄膜及其掺杂和生长机理的研究[D]. 杨伟光. 重庆交通大学, 2019(06)
- [3]疏水性ZnO薄膜的构建及其抑制生物被膜性能研究[D]. 徐姝颖. 东北大学, 2019(01)
- [4]铜锌锡硫(Cu2ZnSnS4)太阳能电池关键膜层的制备及性能研究[D]. 文斌. 大连交通大学, 2016(02)
- [5]液相化学法制备择优取向生长ZnO薄膜及Al掺杂研究[D]. 姜南. 东北大学, 2015(12)
- [6]Al衬底取向与ZnO薄膜织构的关系[D]. 江鑫. 武汉科技大学, 2015(07)
- [7]非极性ZnO基薄膜制备及Na掺杂和ZnMgO/ZnO多量子阱研究[D]. 李洋. 浙江大学, 2014(08)
- [8]化学浴沉积法制备择优取向生长ZnO薄膜及物性研究[D]. 曹坤. 东北大学, 2014(03)
- [9]在改型的p型Si衬底上制备具有非极性择优取向生长的氧化锌薄膜[D]. 齐琳. 东北大学, 2014(03)
- [10]PZT基双层压电复合薄膜制备及性能研究[D]. 孟祥钦. 电子科技大学, 2014(03)