非晶透明导电氧化物薄膜研究进展

随着有机/聚合物衬底的广泛使用,非晶透明导电氧化物薄膜由于兼具优异的透明与导电性、性能稳定、表面平整光滑、易于刻蚀和大面积制备、兼容现有工艺、无须后续退火处理进而简化工艺流程等优点,已应用于薄膜晶体管、有机/聚合物太阳能电池、电致变色、电磁屏蔽等诸多领域。尽管非晶态透明导电氧化物的原理与结晶态的基本相同,但其不是简单的结晶态透明氧化物的非晶态,而是特定组元在特定条件下制备获得的。在简要介绍透明与导电及两者间的耦合关系的基础上,重点介绍了更为一般的非晶半导体氧化物的研究历程及其特点,并与结晶态透明导电氧化物薄膜对比,指出N型非晶透明导电氧化物的电子结构特征是其金属阳离子结构为(n-1)d10ns0,由于s电子轨道呈球对称,且相邻重叠积分较大,迁移率较高,结构容错性较强,因此可以稳定保持其结晶态时的中近程结构及优异的特性,并详细介绍了表征其近程结构的中程有序、因缺乏衡量周期的量子数而使用更为一般的态密度以及非晶结构的亚稳特性。在此基础上,详细举例介绍了N型和P型非晶透明导电氧化物体系的性质和特点,特别介绍了铟系非晶透明导电氧化物的种类和特点,其中又以氧化铟锌的性能最为优异。由于目前的非晶透明导电氧化物体系主要是针对N型导电的,故P型非晶透明导电氧化物的例子较少。最后结合产业动态简要介绍了非晶透明导电氧化物薄膜的应用领域,并结合当前研究现状和发展趋势指出了今后三个可能的研究发展方向:(1)非铟系透明导电氧化物的研究与开发有待进一步加强;(2)另辟蹊径开发P型透明导电氧化物的基本原理和材料;(3)充分发挥非晶透明导电氧化物的优势,拓展其在部分半导体领域的应用。     

透明导电氧化物薄膜材料研究进展

透明导电氧化物薄膜被广泛应用于太阳能电池、平板显示器以及透明视窗等制备中,成为不可或缺的一类薄膜。综述透明导电氧化物薄膜的发展现状和发展趋势,阐述透明导电氧化物薄膜的导电机理和载流子散射机制,系统概括出材料体系选择原则。化学计量比的氧化物是不导电的,通过在薄膜中引入缺陷,包括氧空位、间隙原子或者外来杂质等,在禁带中形成缺陷能级,从而改变氧化物薄膜的导电性能,形成透明导电氧化物。根据掺杂离子的不同,即受主掺杂离子和施主掺杂离子,透明导电氧化物包括N型和P型半导体两种。在这种由于缺陷的引入而导电的透明氧化物薄膜中,载流子散射主要包括晶界散射、声子散射、杂质离子散射和孪晶界散射四种,其中晶界散射和杂质离子散射占主导。进一步地,重点介绍In2O3、SnO2和ZnO基掺杂透明导电氧化物薄膜的基本性能及应用。In2O3基透明导电氧化物由于其在制备低电阻率薄膜和半导体加工方面的优势,成为制作透明电极的主要材料,而SnO2和ZnO基透明导电氧化物由于成本低廉,在未来替代In2O3基透明导电氧化物在透明电极制备方面具有巨大的潜力。此外,结合多功能电子器件的发展,提出延展性能好的氧化物/金属/氧化物三明治结构的透明导电氧化物薄膜是将来的发展方向和研究重点。     

Effects of Atomic Oxygen Irradiation on Transparent Conductive Oxide Thin Films

作为一种功能薄膜,透明导电氧化物(TCO)薄膜在飞行器的抗原子氧(AO)涂层和太阳能电池领域有着巨大的应用价值。ZnO:Al(ZAO)和In2O3:Sn(ITO)薄膜是目前研究和应用最广泛的TCO。本文对ITO薄膜和ZAO薄膜进行了不同通量的AO辐照。通过对辐照前后样品的X射线衍射、扫描电镜及霍耳效应的表征及测试,研究了AO辐照对这两种TCO薄膜的结构、性能及电学特性的影响。研究表明AO辐照对ZAO薄膜表面有明显的侵蚀作用,但对其结构和导电性能没有明显影响。对于ITO薄膜,随着AO通量的增大,其载流子浓度逐渐下降从而导致了电阻率的提高,电阻率的最大变化达到了21.7%。     

ZnO/Ni-B_i复合光阳极的制备及其光电催化氧化水性能

利用沉淀预处理在基底上生长晶种的方法,在氧化铟锡(ITO)导电玻璃表面水热生长出分布均匀、与基底结合牢固、具有较高光电催化分解水制氧性能的ZnO纳米棒。用电助光沉积的方法将电催化剂Ni-Bi与ZnO复合,用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)及紫外可见漫反射光谱对ZnO/Ni-Bi复合光阳极的结构进行了表征,并采用电化学和光电化学技术研究了ZnO/Ni-Bi复合光阳极的光电催化分解水性能,对不同的复合方式、复合时间以及热处理对复合结构催化活性的影响进行了研究。复合Ni-Bi后,ZnO的性能获得了最高40%的提升。光阳极表面沉积的Ni-Bi分离电子空穴抑制其复合,有效地利用了ZnO产生的光生空穴,将水氧化形成氧气,从而显著提高了光照条件下ZnO催化氧化水的效率。     

强流脉冲电子束烧蚀法沉积Li NbO3铁电薄膜

介绍用脉冲电子束烧蚀法在不同温度的单晶硅 (1 1 0 )衬底上沉积铌酸锂铁电薄膜 ,以及用脉冲电子束进行薄膜晶化处理的实验结果 ;使用扫描电子显微镜 (SEM)、X射线衍射 (XRD)、光电子能谱 (XPS)等方法 ,对薄膜的成份、晶体结构及表面形貌进行分析测试。采用表面轮廓仪测定 LN薄膜的膜厚分布均匀性等。文中探讨了靶材料烧蚀和沉积过程中出现的诸多现象。研究表明 ,这种薄膜制备方法有许多独特之处 ,随着该项技术的不断改进和发展 ,将为光电集成电路提供一种新工艺和新技术     

铝含量对铜镍电阻薄膜结构及电性能的影响

采用磁控溅射法制备了铝含量分别为 0wt% ,10wt% ,2 0wt% ,30wt %的CuNi系电阻薄膜 ,应用透射电镜(TEM )、X光衍射仪 (XRD)分析薄膜在热处理前后的晶化行为 ,结合X光电子能谱仪 (XPS)分析了膜层表面结构组成。结果表明 ,当未加入铝元素时 ,溅射态CuNi薄膜析出孤岛状分布的CuNi晶化相 ;随着铝元素加入到一定量 ,CuNi薄膜将相继分解出链状分布的细小有序相 (Cu ,Ni) 9Al4 以及呈均匀连续状态的有序相 (Cu ,Ni)Al。经大气中退火处理 ,薄膜具有与溅射态相似的晶化相结构类型 ;未加入铝元素的退火态CuNi薄膜表面主要由疏松的氧化铜构成 ,而铝含量在 10wt%以上的CuNi薄膜表面主要由致密的三氧化二铝构成。随着薄膜中铝元素增多 ,CuNi薄膜电阻率呈下降趋势 ;铝含量为 10wt%～ 2 0wt %范围的CuNi薄膜具有最小的电阻温度系数值。随热处理温度提高 ,未含铝元素CuNi薄膜电阻率有增大倾向 ,电阻温度系数变化无一定规律 ;加至一定量铝元素的CuNi系薄膜电阻率随热处理温度的提高而减少 ,电阻温度系数朝正向移动     

SiO2溶胶在电沉积法制备CuInS2薄膜中的作用

 针对目前电沉积法制备的CuInS2(CIS)薄膜存在S元素含量不足以及微观形貌差的问题,通过在普通镀液中加入SiO2溶胶,采用一步电沉积技术在ITO导电玻璃上制备Cu In S预制薄膜,镀液的主要组成为金属盐、硫代硫酸钠和不同浓度SiO2溶胶。在空气气氛中对Cu In S预制薄膜进行退火处理以获得多晶的CIS薄膜,并通过X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）、能量色散谱仪（EDS）及开路电位对CIS薄膜的结构、形貌、成分组成及光响应性能进行研究。结果表明：SiO2溶胶浓度为4 mL/L时,得到的CIS薄膜的结晶度提高,同时,SiO2溶胶作用下得到的CIS薄膜的表面形貌、成分组成和光响应性能都得到改善。因此,镀液中加入SiO2溶胶有利于提高CIS薄膜的性能,尤其是浓度为4 mL/L时,性能提高得最为明显。     

SiO_2溶胶在电沉积法制备CuInS_2薄膜中的作用

针对目前电沉积法制备的CuInS_2(CIS)薄膜存在S元素含量不足以及微观形貌差的问题,通过在普通镀液中加入SiO_2溶胶,采用一步电沉积技术在ITO导电玻璃上制备Cu-In-S预制薄膜,镀液的主要组成为金属盐、硫代硫酸钠和不同浓度SiO_2溶胶.在空气气氛中对Cu-In-S预制薄膜进行退火处理以获得多晶的CIS薄膜,并通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、能量色散谱仪(EDS)及开路电位对CIS薄膜的结构、形貌、成分组成及光响应性能进行研究.结果表明:SiO_2溶胶浓度为4 mL/L时,得到的CIS薄膜的结晶度提高,同时,SiO_2溶胶作用下得到的CIS薄膜的表面形貌、成分组成和光响应性能都得到改善.因此,镀液中加入SiO_2溶胶有利于提高CIS薄膜的性能,尤其是浓度为4 mL/L时,性能提高得最为明显.     

聚乙撑二氧噻吩/碳纳米管复合物的合成与表征

为制备出导电性能优良的有机透明导电涂层,需要把具有导电性的碳纳米管在树脂中组装成一体化导电结构网络.本文运用可以在树脂中自组装的导电聚乙撑二氧噻吩来实现碳纳米管自组装的方法,合成出了导电聚乙撑二氧噻吩纳米薄膜均匀覆盖的导电聚乙撑二氧噻吩/碳纳米管复合物,并运用透射电镜(TEM)、傅立叶红外光谱(FTIR)和四探针法对其进行了分析与表征,结果发现在碳纳米管含量为1%时,纳米复合物的导电率可达到100S/cm,而碳纳米管和聚乙撑二氧噻吩的导电率分别为10.4 S/cm和14.3S/cm.     

化学气相沉积TiN薄膜及其耐磨性能

 采用化学气相沉积的方法制备TiN薄膜,以提高K3镍基高温合金的耐磨性能。以TiCl4 和NH3为反应气体,用化学气相沉积法(CVD) 在K3镍基高温合金基体上制备了一系列不同温度和沉积时间的TiN 薄膜。结果表明,与基体相比,沉积TiN薄膜的样品耐磨性能有显著提高。当沉积温度不变时,TiN薄膜耐磨性能随沉积时间的延长先提高后降低;当沉积时间不变时,薄膜的耐磨性能随沉积温度的升高而提高。化学气相沉积法制备TiN薄膜的最佳工艺条件为600 ℃/60 min。     

工艺条件的改变对用大气开放式MOCVD方法制备TiO2薄膜的影响

采用大气开放式金属有机化合物化学气相沉积方法(AP-MOCVD),以四异丙醇钛(TTIP)为原料,改变反应物气化温度、沉积温度、基片与喷嘴的距离、载气流速4种工艺条件在玻璃基片上制备TiO2薄膜.实验结果表明沉积温度主要影响薄膜的物相结构,当沉积温度在300 ℃时沉积物是无定形的;沉积温度为350℃和400℃时,薄膜由单一的锐钛矿相构成;沉积温度在450℃时出现了少量金红石;继续升高沉积温度金红石的量逐渐增加.气化温度、基片与喷嘴的距离、载气流速这3个工艺条件主要影响薄膜的形貌和沉积难易程度.基片类型对薄膜沉积没有影响.     

低发射率薄膜的红外隐身特性研究

利用磁控溅射法制备了氧化铟锡（ITO）、掺铝氧化锌（ZAO）、TiO2/Ag/TiO2纳米多层等三种透明的低发射率薄膜。研究了这些低发射率薄膜以及降低材料红外发射率对降低红外辐射强度和红外隐身所起的作用。结果表明：降低红外发射率可以有效地抑制由于温度升高所带来的附加红外辐射;低红外发射率薄膜在红外隐身中有潜在应用价值。     

热处理对激光快速成形TC21钛合金组织和硬度的影响

采用激光快速成形技术制备出TC21钛合金块状坯料,研究了去应力退火及固溶时效热处理对成形件组织和硬度的影响。结果表明:去应力退火后,成形件组织和显微硬度基本无变化;固溶+时效热处理后,原沉积态明暗两区统一,硬度基本无差别,表明组织已均匀化。随着固溶温度的升高,网篮组织中的α片变宽,球状α相的数量增多,晶界α相发生粗化。当固溶温度为932℃时,成形件沉积态中粗大的柱状晶发生再结晶,转变为较细小的等轴晶。     

有机玻璃基底AZO/Ag/AZO复合薄膜的制备与性能

采用低温磁控溅射技术在有机玻璃（聚甲基丙烯酸甲酯PMMA）表面制备铝掺杂氧化锌（AZO）叠层AZO/Ag/AZO透明导电薄膜，研究AZO溅射功率对AZO/Ag/AZO薄膜结构和性能的影响，探讨PMMA层合结构的耐湿热性和加温性能。通过扫描电子显微镜（SEM）、原子力显微镜（AFM）、X射线衍射仪（XRD）表征薄膜的形貌和结构。结果表明：AZO的溅射功率影响了AZO层表面能以及薄膜的结晶度，在100 W和150 W溅射功率下制备出的AZO/Ag/AZO薄膜室温下具有3.7Ω/sq的低薄膜电阻和86.1%的高透光率，采用PMMA和聚氨酯胶片对薄膜进行层合封装，湿热30天后仍保持光学、电学性能稳定。PMMA层合结构在加温过程中的时间-温度曲线表明在5 V直流电压下层合玻璃具有较快的温度响应时间和良好的温度均匀性。-10～-40℃空气对流中PMMA层合结构表现出良好的温度稳定性。     

衬底温度可控强脉冲电子束烧蚀沉积LiNbO3薄膜工艺研究

介绍了在不同衬底温度下,用强脉冲电子束在单晶硅(110)衬底上沉积LiNbO3薄膜的工艺过程,以及用脉冲电子束进行薄膜晶化处理的试验结果.使用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、光电子能谱(XPS)等方法,对薄膜的成份、晶体结构及表面形貌进行分析测试.采用表面轮廓仪测定LN薄膜的膜厚分布均匀性等.     

氧化镍电致变色薄膜及其器件的制备与性能研究

以氧化铟锡（ITO）玻璃为基底,采用直流反应磁控溅射法在室温环境下制备了高透过率调制的NiO_x薄膜,利用X射线衍射仪（XRD）、扫描电子电镜 （SEM）、紫外可见分光光度计（UV 3600）对薄膜进行分析和表征,研究溅射过程中氩氧比、气压、功率对薄膜结构、形貌及电致变色性能的影响。结果表明：制备的NiO_x薄膜表面有明显的结晶颗粒及孔隙,并沿（200）晶面择优生长;随着气压、功率、氧分压的增大,透过率调制先增大后减小,在时间为45 min、溅射气压4.9 Pa、氩氧比113∶7、功率215 W时最高可达58.3%,着褪色响应时间分别为9和19 s,相应的着褪色效率分别为77.56和40.39 cm²/C;以最优工艺的NiO_x薄膜组装了结构为Glass/ITO/NiO_x/Li-electrolyte/WO₃/ITO/Glass的电致变色器件,器件在550 nm处的光调制幅度为46.5%,着褪色时间分别为27和45 s,相应的着褪色速率为1.5和0.9 %/s,在循环500次后透过率调制保持在40%以上。     

赝火花脉冲电子束烧蚀制备纳米薄膜

类似于脉冲激光束烧蚀法制备薄膜 ,利用纳秒赝火花脉冲电子束与靶材料相互作用 ,通过靶材料的瞬间熔化、蒸发或以团簇抛出的方式 ,在低温衬底上重新成核、凝结 ,得到了与靶材的化学计量比相同的薄膜。讨论了材料烧蚀和沉积过程中出现的诸多现象 ,并给出高分辨电子显微镜、X射线衍射、光电子能谱分析等方法的测试结果。研究表明 ,由于赝火花脉冲电子束高功率密度 (10 9W cm2 )的瞬态烧蚀作用 ,为研究和制备多元素氧化物薄膜、难熔金属多层膜或氧化物 金属多层膜提供了一种新手段     

胶凝剂对NiFe2O4纳米粉末制备及磁性能的影响

采用溶胶一凝胶法制备NiFe2O4纳米粉末，胶凝剂分剐采用柠檬酸和PEG200，测定了样品的TG-DTA曲线、红外吸收光谱、X射线衍射谱和磁性能。结果表明，采用不同的胶凝剂，NiFe2O4纳米粉末制备过程中出现明显不同的物理和化学变化；200℃以上的热处理促进粉末的长大和晶化过程，随着温度的升高，晶化程度增强，粉末粒径增大；NiFe2O4纳米粉末的磁性能与热处理温度、粉末的粒径大小及磁性测量样品装载条件等密切相关。     

飞机座舱玻璃铌掺杂ITO镀膜工艺参数选择

对飞机座舱玻璃镀膜能够有效提高飞机的头向隐身性并能优化座舱光电性能参数。针对座舱玻璃铌掺杂ITO镀膜,重点研究参与溅射的靶材数目、氧气流量等工艺参数对其性能参数的影响规律。结果表明:参与溅射的靶材数目增加,方块电阻快速降低,之后下降斜率变小,趋于定值;透光率振荡变化,且当方块电阻大小稳定后逐渐变小。氧气流量增加时,方块电阻先减小后增加,当氧气流量大于6sccm时,方块电阻迅速增加,透光率振荡后降低。不同基底的铌掺杂ITO薄膜,其方块电阻和透光率变化不大,仅影响真空度等其他工艺过程。各工艺参数对薄膜颜色有一定的制约作用。     

热处理温度对硅酸钇纳米晶相组成及显微结构的影响

以硝酸钇、硅酸钠和氢氧化钠为起始原料,采用微波水热法制备了硅酸钇纳米晶。研究了后期热处理温度对硅酸钇纳米晶的相组成和显微结构的影响。利用X-射线衍射仪(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)和透射电子显微镜(TEM)对粉体进行了表征。结果表明:经微波水热可直接合成硅酸钇粉体,但其结晶性能较差,后期热处理有助于提高其结晶性能。随着热处理温度的升高,粉体中Y2SiO5相的含量增加,微晶的微观结构从棉絮状结构逐渐向柱状结构转变,Y2SiO5纳米晶沿[378]取向生长。