二氧化钒薄膜研究的最近进展
二氧化钒薄膜的结构_制备与应用
二氧化钒薄膜的结构、制备与应用 Ξ 许 ,邱家稳,何延春,李强勇,赵印中,王洁冰 (兰州物理研究所,甘肃兰州 730000)摘 要:综述了VO 2薄膜的结构特点、相变、制备工艺特性,以及薄膜研究、应用和开发现状,认为VO 2薄膜 具有较好的开发前景。 关键词:薄膜;结构;特性;制备 中图分类号:O484.1 文献标识码:A 文章编号:1006-7086(2001)03-0136-03 STRUCTURE AN D PREPARATION AN D APPL ICATION FOR VANADIUM DIOXIDE THIN FI LMS XU Min ,QIU Jia-w en ,HE Yan-chun ,L I Q iang -yong ,ZHAO Yin-zhong ,WANG Jie-bing (Lanzhou I nstitute of Physics ,Lanzhou 730000,China) Abstract :The micro-structure ,the phase transition ,preparation and processing properties of VO 2thin films are described .The pressent situation ,development and application of VO 2thin film are given.There will be a good developing prospect in VO 2thin film. K ey w ords :thin film ;structure ;properties ;preparation ;application. 1 引 言 近年来,由于光谱干涉、激光及空间光学等技术的飞跃发展,促使光学薄膜向集光、电、热等多功能于一身的方向发展,形成一膜多用的态势。其中氧化钒薄膜就是这一类具有光、电特性的薄膜器件。在一定的温度条件下,其原有的半导体性质快速变为金属性质。由传输能量变为阻挡光能量通过。这使它的热触发开关电路应用前景十分诱人。比照其它类型的开关器件,在光学系统中,它将以体积小、重量轻、构造简单、作用特殊、造价相对低廉等优越性而具有极高的潜在应用价值。 2 V O 2薄膜相变,原理及性质 1958年,科学家Morin [1]在贝尔实验室发现了钒和钛的氧化物具有半导体-金属相变特性。其中氧化钒材料的相变性能较好。实验表明:氧化钒的相变通常与结构相变相联系。发生相变时,氧化钒的结构畸变到较低的对称形式。促使氧化钒薄膜发生相变的条件是温度。VO 2薄膜相变温度T =68℃。在常温下VO 2薄膜呈现半导体状态具有单斜结构,对光波有较高的透射能力。当薄膜在外界条件下,温度升高到T 时,薄膜原始状态迅速发生变化,此时VO 2薄膜显示金属性质,变为四方晶格晶体结构,它对光波具有较高的反射。 图1给出了二氧化钒薄膜的高低温透射光谱曲线。从二氧化钒晶体结构上看出,VO 2薄膜在68℃发生相变,伴随着这个相变,它从四角金红石(P42/mnm )变化到单斜对称的畸变的金红石结构(P21/C )。图2给出二氧化钒的高温相和低温相结构。在四角结构中,V 4+离子占据bcc 体心位置,沿着c 轴V -V 原631 真空与低温 第7卷第3期 Vacuum &Cryogenics 2001年9月Ξ收稿日期:2001-04-05 作者简介:许 (1971-),男,甘肃省金昌市人,工程师,从事卫星激光防护技术及空间应用薄膜的研制和开发工作。
旋涂法制备功能薄膜的研究进展
旋涂法制备功能薄膜的研究进展 摘要：作为众多的薄膜制备方法之一，旋涂法具备薄膜厚度精确可控、高性价比、节能、低污染等优势，在微电子技术、纳米光子学、生物学、医学等领域中有着广阔的应用前景． 功能薄膜是发展信息技术、生物技术、能源技术等领域和国防建设的重要表面材料和器件，关系到资源、环境及社会的可持续发展．旋涂法制备的薄膜厚度在30nm一2000nm之间精确可控，其设备结构简单且易于操作，具备优良的性价比．现已广泛应用于微电子行业的光刻图案化( Lithographic patterning process ) 、印刷电路(Printed circuit)和集成电路(Integrated circuit)的制造，以及光储存媒体介质( DVD- R、CD- R等)的感光胶( P h o t o r e s i s t ) 、染料( Dye ) 、粘合剂、物理保护层等聚合物薄膜的涂覆．旋涂法在其它许多新型领域也有一定的应用，如薄膜晶体管、光子晶体材料、光波导、有机发光二极管薄膜、光电转换薄膜电极以及生物/化学功能膜等薄膜类器件的制备．旋涂法涉及到许多物理化学过程，如流体流动、润湿、挥发、粘滞、分散、浓缩等．在研究这些过程时，流体力学传质、传热、传动的原理是非常重要的．其中，需要考虑的参数主要包括薄膜的结构、厚度、面积等性能参数以及转速、粘度、挥发速率等操作参数[1,2,3]。 1、旋涂法原理 旋涂法因其所用流体粘度较大，呈胶体状，所以也被称为匀胶。一个典型的旋涂过程主要分为滴胶、高速旋转和干燥( 溶剂挥发) 三个步骤．首先，滴胶是将旋涂液滴注到基片表面上，然后经高速旋转将其铺展到基片上形成均匀薄膜，再通过干燥除去剩余的溶剂，最后得到性能稳定的薄膜．对于各种粘度、润湿性不同的旋涂液，通常使用的滴胶方法有两种，即静态滴胶和动态滴胶[4]，旋涂法中的高速旋转和干燥是控制薄膜厚度、结构等性能的关键步骤，因此这两个阶段中工艺参数的影响成为研究的重点[5]．
InGaZnO靶材和薄膜的研究进展
Hans Journal of Chemical Engineering and Technology 化学工程与技术, 2019, 9(3), 203-209 Published Online May 2019 in Hans. https://www.wendangku.net/doc/841913307.html,/journal/hjcet https://https://www.wendangku.net/doc/841913307.html,/10.12677/hjcet.2019.93030 Research Progress of InGaZnO Target and Thin Film Yingdong Lu1, Shicheng Huang1, YingXiang Liang1, Man Mo2, Zhijie Fang2* 1Guangxi Crystal Union Photoelectric Materials Co. Ltd., Liuzhou Guangxi 2College of Science, Guangxi University of Science and technology, Liuzhou Guangxi Received: Apr. 24th, 2019; accepted: May 9th, 2019; published: May 16th, 2019 Abstract The possible technical obstacles in the promotion and application of In-Ga-Zn-O (IGZO) materials were analyzed, including composition analysis of IGZO, technical analysis of IGZO target material preparation, stability analysis of IGZO-TFT, etc. The photoelectric performance of IGZO can be ad-justed by adjusting the proportion of oxide in IGZO. When using the sintering temperature of 1400?C above, we can get IGZO target with high density and uniform composition; the stability of a-IGZO TFT can be improved by adding shading layer, protective layer, adopting double gate structure, designing compensation circuit and other measures. Keywords IGZO TFT, IGZO Target, Stability, Component InGaZnO靶材和薄膜的研究进展 陆映东1，黄誓成1，梁盈祥1，莫曼2，方志杰2* 1广西晶联光电材料有限责任公司，广西柳州 2广西科技大学理学院，广西柳州 收稿日期：2019年4月24日；录用日期：2019年5月9日；发布日期：2019年5月16日 摘要 对In-Ga-Zn-O (IGZO)材料推广应用过程中可能的技术阻碍进行了分析，包括IGZO的成分分析、IGZO靶材制备技术分析、IGZO-TFT (IGZO薄膜晶体管)稳定性分析等。通过调节IGZO中氧化物的成分比例，可
氧化钒 相变原理
1 氧化钒相变原理 1958年，科学家F.J.Morin在贝尔实验室发现钒和钦的氧化物具有半导体一金属相变特性。实验表明:促使氧化钒薄膜发生相变的条件是温度,实验得到的二氧化钒薄膜的相变温度点为68℃(T=68℃)。常温下,VO2薄膜呈现半导体状态,具有四方晶格结构,对光波有较高的透射能力。当薄膜温度在外界条件促使(例如吸收光能量)下升高到一定温度点t时,薄膜原始状态迅速发生变化,此时VO2薄膜显示金属性质,是单斜晶结构,对光波有较高的反射。薄膜光谱特性由高透陡变为高反, 如图1所示。 二氧化钒材料在转变逆过程中显示了晶体转变的一般倾向,转变温度取向由高到低,但原子的重新分类并不广泛,原来的原子群仅有轻微的失真。在过渡温度T c处,原子群的变化迅速且可逆。二氧化钒(VO2)薄膜晶格结构的变化象所有从单斜晶结构向四方晶格结构转变的材料一样,在电和光特性中伴随有较大的变化。薄膜相变前后的电导率、光吸收、磁化率及比热等物理性能均有较大的改变。氧化钒薄膜由半导体到金属态可以进行高速双向可逆转换,并具有高的空间分解能力。薄膜的转换特性除取决于样品结构和样品成分,同时还取决于样品的制备。高价氧化物脱氧还原后的膜不均匀且多孔,因而降低了转换特性。总而言之,氧化钒薄膜相变特性的优劣取决于薄膜的质量。
2 VO2的相变特征 2.1 相变晶体学 图2表示了四方相VO2(R)和单斜相VO2(M)的晶体结构。a为高温四方金红石结构，单位晶胞中的8个顶角和中心位置被V4+占据，而这些V4+的位置正好处于由O2-构成的八面体中心。当VO2发生相变时，V4+偏离晶胞顶点位置，晶轴长度发生改变，β角由90°变为123°，变成单斜结构。相变后，形成的V-V键不再平行于原来的c r轴，形成折线型的V-V链，钒原子间距离按265pm和3l2pm的长度交替变化，同时a m轴的长度变为原来c r轴的两倍，体积增加约1%。热力学也证明，VO2相变为一级相变，相变前后具有体积的改变。氧八面体的结构也从正八面体变为偏八面体，两个V-O键间的夹角由90°变为78～99°，如图3所示。 图2 VO2 两种晶胞结构示意图(黑点为V4+,白点为O2- 图3 VO2 相变时的氧八面体变化
二氧化钒薄膜的制备及性能表征
2011年3月15日第34卷第6期 现代电子技术 M odern Electro nics T echnique M ar.2011V ol.34N o.6 二氧化钒薄膜的制备及性能表征 赵 萍1,李立珺1,张 洋2 (1.西安邮电学院电子工程学院,陕西西安 710121; 2.香港科技大学工学院,香港九龙) 摘 要:通过激光脉冲沉积法,分别在C sapphir e 和R sapphir e 衬底上制备了单相二氧化钒(VO 2)薄膜。用X 射线衍射法表征了不同实验条件下制备的二氧化钒薄膜的结构性质,分析表明在600 ,10-2to rr 的氧气分压下,生长15min 可得到单相的二氧化钒(V O 2)薄膜;重点研究了激光能量对薄膜电学性质的影响,实验结果表明激光能量在500~600M J 时制备的二氧化钒薄膜具有最好的电学性质。 关键词:脉冲激光沉积;二氧化钒;薄膜;X 射线衍射;电学性质 中图分类号:T N919 34;O 782+;O722+.4;O792 文献标识码:A 文章编号:1004 373X(2011)06 0148 03 Synthesis and Characterization of VO 2Thin Films ZH A O P ing 1,L I L i jun 1,ZH A N G Y ang 2 (1.Schoo l o f Elec t roni c Engineering,Xi an University of Post s and T eleco mmuni cat i o ns,Xi an 710121,China; 2.Scho ol o f Eng ineering ,H o ng kong U niv ersity o f Scie nce and T echnolo gy ) Abstract :Single phase VO 2thin films w ere sy nthesized v ia pulsed laser deposition met ho d o n C sapphir e and R sapphire substrates.T he st ruct ur e pro per ties o f V O 2thin films under differ ent experimental conditio ns wer e characterized by X r ay dif fr action.T he results sho w that single phase V O 2thin film can be pr epar ed in 15minut es,at 600 ,10-2t orr pr essure of o x y gen.T he laser energ y impacts on electr ical propert ies of VO 2thin films are discussed.Experimental r esult s sho w that the VO 2thin films pr epar ed at the laser energ y of 500~600M J has the best elect rical pr operties. Keywords :pulsed laser deposition;V O 2;thin f ilms;XRD;electrical pro pert ies 收稿日期:2010 12 09 基金项目:国家自然科学基金资助项目(60976020);陕西省教 育厅资助项目(112Z051) 20世纪50年代末,F.J.M orin 发现二氧化钒(VO 2) 在341K(68 )存在半导体到金属的相变转换,称为SMT(Semiconductor Metal Transition )。从那时起,人们对VO 2的金属 半导体相变以及与这些相变伴随的光学和电学性质上的突然变化很感兴趣。在所有不同类型的钒氧化物中,VO 2因其相变温度接近室温而被研究得最多[1 3]。随着温度的升高,在68 时,二氧化钒由低温半导体相转变成高温金属相,材料的结构性能同时可在瞬间突变,晶体结构由低温单斜结构向高温金红石结构转变,电阻率发生几个数量级的变化,同时伴随着磁化率,折射率和透射率的可逆的变化。二氧化钒的相变性质使其具有广泛的应用前景,如太阳能控制材料、红外辐射测热计、热敏电阻、致热开关、可变反射镜、VO 2红外脉冲激光保护膜、晶体管电路和石英振荡器等稳定化的恒温槽、透明的导电材料、光盘材料、全息存储材料、电致变色显示材料、非线性和线性电阻材料等等。自20世纪90年代初期,美国Honeywell 公司研制成功一种利用二氧化钒薄膜作为热敏材料的新型红外器件后,对而氧化钒特性的研究己经日益引起人们广泛的兴趣。因此,对VO 2 的研究具有十分重要的意义。 随着工艺技术的发展,多种镀膜技术被用以制备VO 2薄膜,脉冲激光沉积(Pulsed Laser Deposition,PLD)法与其他方法,如M OCVD,Sol gel 法 [4 7] ,反应 磁控溅射法[8 9]等相比,具有实验周期短,样品表面均匀,光电性能好的特点。本文采用PLD 法,在不同的氧气偏压、生长温度、衬底取向以及激光能量条件下,制备 了二氧化钒薄膜样品,并对其结构和电学性能做了表征,分析了二氧化钒薄膜的生长条件对其结构和电学性能的影响,对薄膜制备的最佳工艺做了深入研究。1 试 验 1.1 二氧化钒薄膜的制备 在此采用PLD 方法制备二氧化钒薄膜。其具体过程如下:首先将10g 二氧化钒粉末(分析纯)均匀混合,加入10m L 甲醇,制成悬浮液,在80 恒温下放置30min 后取出,研磨成粉末,然后置于加压机内加压,得到二氧化钒靶材,将所制得的靶材放入高温炉内,在1000 的氩气气氛中退火4h,制得实验用靶材。 将制得的靶材固定在PLD 仪器中,采用C sap phire(氧化铝)和R sapphire(氧化铝)作为基底,以不同的激光能量,在10-2 tor r 氧气分压,600 温度下,轰击
层状固体润滑薄膜的研究进展
层状固体润滑薄膜的研究进展 康嘉杰1,2 ,李国禄1 ,王海斗2 ,刘家浚3 ,徐滨士2 ,朱丽娜 1,2 (11河北工业大学材料科学与工程学院,天津 300130;21装甲兵工程学院装备再制造技术国防科技重 点实验室,北京 100072;31清华大学机械工程系,北京 100084) 摘要:层状物固体润滑薄膜是固体润滑薄膜中最常用的形式。本文针对4种有代表性的层状物固体润滑薄膜(硫化亚铁、二硫化钼、石墨及二硫化钨薄膜)的制备方法及摩擦学性能进行了详细论述,这些薄膜都具有优良的减摩、耐磨、抗擦伤性能,但不同的薄膜其摩擦学性能有差异,适用工况也不尽相同。关键词:固体润滑;层状物薄膜;摩擦学性能中图分类号:TG156.8 文献标识码:A 文章编号:025426051(2007)0420015204 D evelopm en t of Research on the Layered Soli d L ubr i ca ti on F il m s K ANG J ia 2jie 1,2 ,L I Guo 2lu 1,WANG Hai 2dou 2,L I U J ia 2jun 3,XU B in 2shi 2,ZHU L i 2na 1,2 (11College ofMaterials Science and Engineering,Hebei University of Technol ogy,Tianjin 300130,China;21Nati onal Key Lab f or Re manufacturing,Acade my of A r mored Forces Engineering,Beijing 100072,China; 31Depart m ent of Mechanical Engineering,Tsinghua University,Beijing 100084,China )Abstract:The layered s olid lubricati on fil m is the most popular f or m a mong s olid lubricati on fil m s .Preparati on methods and tribol ogical perfor mance of f our typ ical layered s olid lubricati on fil m s such as FeS fil m ,MoS 2fil m ,graphite fil m and W S 2fil m were discussed .The results show that all the fil m s possess good fricti on 2reducti on,wear 2resistance and anti 2scuffing p r operties .However,different fil m s have different tribol ogical perf or mance and app licati on working conditi ons .Key words:s olid lubricati on;layered fil m s;tribol ogical perf or mance 作者简介:康嘉杰(1984101—),男,河北张家口人,硕士生,主要从事固体润滑薄膜研究,已发表论文1篇。本文联系人:王海斗,联系电话:010********* E 2mail:wanghaidou@tsinghua .org .cn 基金项目:国家自然科学基金项目(50575225)收稿日期:2006211230 0 引言 固体润滑是指利用某些具有特殊晶体特性的固体材料来改善接触表面之间摩擦磨损程度的润滑方式,其突出的优点是能满足流体润滑无法满足的某些特殊工况对润滑的要求,如高温[1] 、高负荷 [2] 、超低温 [3] 、 超高真空、强氧化 [4] 、强辐射等。固体润滑材料可以 块状或粉末的形式使用,但更多的是以薄膜(涂层)的方式使用。固体润滑薄膜在摩擦时固体润滑剂在对偶材料表面形成转移膜,使摩擦发生在润滑剂内部,从而减少摩擦,降低磨损 [5] 。润滑膜一方面可以防止对偶 材料表面直接接触,另一方面可以减小接触薄层的剪切强度,从而显著减小摩擦系数。固体润滑材料类型可分为层状物、聚合物、软金属和无机化合物4类。层状物(硫化亚铁、二硫化钼、石墨、二硫化钨)固体润滑薄膜是常用的固体润滑材料,具有良好的摩擦学性能。在航空、航天、汽车工业等领域都有应用,但由于起主要作用的固体润滑相本身的差别,这4种固体润滑薄膜有着各自的最适合用途和使用条件要求 [6] 。 1 硫化亚铁固体润滑薄膜 FeS 具有密排六方结构,变形抗力小,易于沿密排 面滑动,塑性流变较强,涂层疏松且多孔,易于储存并保持润滑介质,因此具有良好的减摩性能[729] ,而且其 制备工艺简单,成本低,并可由多种方法制备[10211] 。最常用的方法是低温离子渗硫法,该方法制备的涂层已经开始工业应用,但深入研究发现,同是硫化亚铁涂层,由于不同的制备工艺,它们的结构和摩擦学性能有较大的不同。 王海斗等[12] 采用两步法即射频溅射Fe 膜与低温离子渗硫复合处理工艺,在非黑色金属表面得到了FeS 固体润滑薄膜,并利用DD92型摩擦磨损试验机评价了FeS 薄膜的摩擦磨损性能。图1为FeS 薄膜与45钢原始表面的摩擦磨损性能曲线。由图1可见,两步法制备的FeS 薄膜为金属Fe 与固体润滑剂FeS 共同组成的复合固体润滑薄膜,与基体结合紧密,具有适当的表面硬度;FeS 薄膜具有优异的减摩耐磨抗擦伤性能,摩擦系数与磨损量明显比45钢原始表面的低,抗擦伤载荷明显提高。 庄大明等[13] 根据离子渗氮原理开发了一种离子渗硫技术,通过化学反应和原子扩散形成厚度在几个至几十个微米之间的FeS 薄膜层。并采用SRV 和MM2000磨损试验机,对在45钢和GCr15钢上FeS 薄膜层试样进行了摩擦学性能试验,结果表明FeS 薄
二氧化钒的相变
生长在c轴蓝宝石衬底上VO2薄膜的相变特性在许多显示绝缘体（半导体）—金属相变的金属氧化物中，VO2备受关注。作为典型的过渡型金属氧化物，VO2薄膜展现出良好的从绝缘体到金属的相变。当温度高于340K时，VO2具有四角金红石相（P42/mnm）的金属，当温度低于340K时，VO2具有单斜晶体结构(P21/C)的绝缘体。在绝缘到金属的相变过程中，VO2的光学和电学性质发生巨大的变化，其中电阻值有几个数量级的变化，并且在红外区域的透射率发生巨大改变。这些性质，使得VO2有望应用于各类传感器，转换开关，光存储器件和红外探测器中。VO2的低温单斜晶相源于高温四角金红石相的钒原子沿着c轴配对并有微小的扭曲。这种相变过程中的钒原子重新排布，导致单斜晶相中的3d不成键（t2g）轨道伸展并交叠，最终导致在四角金红石相中窄的导带。 研究背景 材料的结构相变以及相变后所产生的一系列性质的改变一直是物理学家和材料学家所关注的热点问题；VO2结构相变研究最早始于上世纪六七十年代，1959年美国科学家F．J．Morin[1]首次发现VO2在温度达到340K时发生相变。 两种关于VO2相变的争论 1．Peierls等人提出Peierls模型机制[2 3]:Peierls模型认为晶体结构发生变化导致原子周期势发生变化，而势场的变化又导致能带的结构发生变化，因而发生金属-绝缘相变。所以当VO2的温度超过相变临界温度点时，晶体晶格将发生崎变，最终导致晶体的金属-绝缘相变。 2．MottN．F．等人提出Mott-Hubbard模型[4 5]:Mott-Hubbard机制则视相变材料为一个强电子关联体系，认为晶体的相变是由于材料内部电子浓度变化导致的，也可以认为是电子之间强相互作用造成的。当晶体中电子浓度低于某一临界值时，晶体处于半导体态或绝缘态，导电性较差;当晶体中电子浓度高于临界值时，晶体则转变为金属相，从而具有金属的特性。 研究现状 目前VO2薄膜制备方法有溅射法、激光脉冲沉积法、化学气相沉积法等。常用的衬底有硅衬底，蓝宝石衬底，TiO2衬底等。现在关于VO的研究主要有两个方向：一方面，通过一些比较先进的技术手段来进一步探究VO2机理的研
一种制备氧化钒薄膜的新工艺
收稿日期:2002-12-17. 基金项目:国家自然科学基金资助项目(60106003);华中科技大学研究生科技创新基金资助项目(Y CJ-02-003).材料、结构及工艺 一种制备氧化钒薄膜的新工艺 王宏臣1,易新建1,2,黄 光3,肖 静1,陈四海1 (华中科技大学1.光电子工程系;2.激光国家重点实验室;3.图像识别与人工智能教育部重点实验室,湖北武汉430074) 摘 要: 采用两步法工艺,即先在衬底上溅射一层金属钒膜,再对其进行氧化的方法,在硅和氮化硅衬底上制备了高电阻温度系数的混合相VO x 多晶薄膜。电学测试结果表明:厚度为50nm 的氧化钒薄膜的方块电阻和电阻温度系数(T CR)在室温时分别达到50k 和0.021K -1。 关键词: 红外探测器;氧化钒薄膜;离子束溅射淀积;热敏薄膜 中图分类号: TN213 文献标识码: A 文章编号: 1001-5868(2003)04-0280-03 A New Method for Preparation of Vanadiu m Oxide Thin Film WANG Hong chen 1,YI Xin jian 1,2,H UANG Guang 3,XIAO Jing 1,CHEN Si hai 1 (1.Dept.of Optoelectronic Engineering;2.State Key Laboratory for Laser Technology;3.State Key Laboratory for Imaging Processing and Intelligent Control,Huazhong University of Science and Technology,Wuhan 430074,CHN) Abstract: M ix ed phase vanadium oxide thin films w ith high temperature coefficient of resistance (TCR)are made on Si and Si 3N 4substrates using a new method.The tests indicate that the square resistance and TCR of the vanadium oxide thin film (50nm )are 50k and 0.021K -1at room temperature,respectively.Key words: IR detectors;vanadium ox ide thin film;ion sputtering deposition;thermo sensitive thin film 1 引言 非致冷热红外探测器可以在室温下正常工作,与必须在低温致冷系统协助下才能正常工作的光子探测器相比,在低成本、低功耗、长寿命、宽谱段探测、微型化和可靠性等诸多方面都具有明显的优势[1,2]。在非致冷红外成像领域,以热敏电阻微测辐射热计为核心的非致冷红外焦平面已经取得重要突破并达到实用化,在军事和部分民用领域获得了广泛的应用,成为热成像技术中最令人注目的突破之一 [3] 。 非致冷红外微测辐射热计是利用探测器敏感元的热敏特性来探测红外辐射的,因此材料的热敏特 性是决定微测辐射热计探测性能的重要因素。各国研究者都在积极探索开发新的高性能热敏材料。衡量薄膜材料热敏特性优良与否的指标有多个,如薄膜的电阻温度系数、方块电阻、1/f 噪声和光谱吸收率。薄膜的电阻温度系数被定义为薄膜的电阻率随温度的相对变化率。热敏薄膜材料的电阻温度系数与材料的电荷载流子浓度和迁移率等因素有关。 以VO 2为基的混合相氧化钒(VO x )薄膜在室温附近电阻温度系数可以达到- 2.00 10-2K -1,大约是金属薄膜的5~10倍,而且具有较小的1/f 噪声和合适的方块电阻以及较高的红外光谱吸收率,其制备工艺又与CMOS 工艺兼容,所以该薄膜材料是目前用于微测辐射热计热敏材料的理想选择。 2 氧化钒薄膜的制备 制备氧化钒薄膜的方法很多,如反应离子溅射、 280 SEMIC ONDUC TOR OPTOELECTRONIC S Vol.24No.4Aug.2003
二氧化钛薄膜的研究进展(2-24)
二氧化钛薄膜的研究进展 引言 TiO2是一种性能稳定的半导体材料，具有氧化活性高，对人体无毒害、成本低和无污染等特点，在许多领域有广泛的用途。TiO2薄膜具有良好的化学稳定性、电学性能、优良的光催化特性和亲水性，使其在污水处理、空气净化、电子材料、光学材料、生物材料和金属表面防护等方面呈现出巨大应用潜力。目前，TiO2薄膜的制备方法有很多，大体可以分为两大类：物理法和化学法。物理法主要是利用高温产生的物质蒸发或电子、离子、光子等高能粒子的能量所造成的靶物质溅射等方法，在衬底上形成所需要的薄膜；化学法是利用化学反应在基片上形成薄膜的方法。[1] 制备方法 1 溶胶-凝胶法 溶胶－凝胶法就是用含高化学活性组分的化合物作前驱体，在液相下将这些原料均匀混合，并进行水解、缩合化学反应，在溶液中形成稳定的透明溶胶体系，溶胶经陈化胶粒间缓慢聚合，形成三维空间网络结构的凝胶，凝胶网络间充满了失去流动性的溶剂，形成凝胶。凝胶经过干燥、烧结固化制备出分子乃至纳米亚结构的材料。溶胶-凝胶法制备TiO2薄膜一般以钛醇盐及其相应的溶剂为原料，加入少量水和络合剂，经搅拌和陈化后形成溶胶，然后利用浸渍-提拉法、旋转涂层或喷涂等方法涂在基片表面，经过焙烧后形成薄膜。常用的钛醇盐主要有：钛酸乙酯、钛酸四异丙酯、钛酸丁酯、钛酸四丁酯、四氯化钛和三氯化钛等等。 姚敬华等[2]人以钛白粉厂价格低廉的偏钛酸为原料,采用溶胶-凝胶法,结合微乳化技术和共沸蒸馏的工艺路线,制备了纳米锐钛矿型TiO2粉体。用电镜(TEM)及X射线衍射(XRD)技术进行了表征。结果表明:TiO2结晶良好,分布均匀,无团聚现象。将一定量偏钛酸和NaOH按一定量比混合,再按一定固液比用水稀释,搅拌均匀后转入蒸馏瓶中,在沸腾状态下回流2 h后转入烧杯.在搅拌条件下,缓慢加入一定体积的浓硝酸至沉淀溶解,得到浅白色半透明状溶液。在此溶液中加入一定体积的8%DBS溶液和二甲苯,搅拌30 min静置,液体分为3层(3相),取中间相进行蒸馏,至馏出液中不分层为止,过滤,将滤渣在80℃烘 4 h后,放入茂福炉,在650℃下灼烧3 h后得纳米TiO2微粒。
非晶硅薄膜太阳电池的研究进展及发展方向
第33卷增刊2012年12月 太阳能学报 ACTA ENERGIAE SOLARIS SINICA Vol．33Suppl Dec.， 2012收稿日期：2012-07-24基金项目：国家高技术研究发展（863）计划（2011AA050518）；国家重点基础研究发展（973）计划（2012CB934302）；上海市科委项目 （11DZ2290303） 通讯作者：李海华（1974—），女，博士、副教授，主要从事微纳电子学与器件制造方面的研究。lihaihua@sjtu．edu．cn 文章编号：0254- 0096（2012）增刊-0001-06非晶硅薄膜太阳电池的研究进展及发展方向 李海华，王庆康 （上海交通大学微纳科学技术研究院，“薄膜与微细技术”教育部重点实验室、“微米纳米加工技术”国家级重点实验室，上海200240） 摘要：介绍了非晶硅薄膜太阳电池的最新研究进展，微纳光学结构和金属表面等离子体特性引入到非晶硅薄膜 太阳电池可大大降低薄膜厚度和提高光电转换效率。叠层串联的非晶硅太阳电池及非晶硅和多晶硅、单晶硅组成的异质结结构可增加宽带太阳光谱吸收范围，提高光电转换效率，是非晶硅薄膜电池的发展方向。关键词：非晶硅；太阳电池；叠层；微纳结构；异质结中图分类号：TM615 文献标识码：A 0引言 太阳能是可再生能源领域中最具发展前景的资 源。作为太阳能利用的重要组成部分，光伏发电是一种清洁的、用之不竭的可再生绿色新能源。利用太阳电池可以无任何材料损耗地将太阳能转换为人 类可利用能量的最高级形式— ——电能。太阳电池的应用可解决人类社会发展的能源需求方面的3个问 题：开发宇宙空间时， 利用太阳能提供持续可用地即时转化电能；解决目前地面能源面临的矿物燃料资 源减少与环境污染的问题；日益发展的消费电子产品随时随地的供电问题等。特别是太阳电池在发电 过程中不会给人们带来任何噪声、 辐射和污染，与其他形式的可再生能源（如风力发电）相比，由于不存 在任何可动的部分，所以系统稳定性高，维护成本相对较低；在使用中不释放包括CO 2在内的任何气 体， 这些对满足能源需求、保护生态环境、防止地球温室效应具有重大意义。 制作太阳电池主要是以半导体材料为基础，其工作原理是利用光电材料吸收光能后发生光电转换反应，根据所用材料的不同，太阳电池可分为：1）硅太阳电池；2）以无机盐如砷化镓Ⅲ-Ⅴ化合物、硫化镉、铜铟硒等多元化合物为材料的电池；3）功能高分子材料制备的太阳电池；4）纳米晶太阳电池等。不论以何种材料来制作电池，对太阳电池材料的一般要求有：半导体材料的禁带不能太宽；要有较高的 光电转换效率；材料本身对环境不造成污染；材料便 于工业化生产且材料性能稳定。 基于以上几个方面考虑，硅是最理想的太阳电池材料，这也是太阳电池以硅材料为主的主要原因。目前，硅基薄膜太阳电池因其成本低、质量轻、转换 效率较高、 便于大规模生产，而具有较大的优势，从而成为国际上研究最多，发展最快的薄膜电池，也是 目前唯一实现大规模生产的薄膜电池。本文简要地综述了非晶硅太阳电池的国内外现状和最新研究进展，并讨论了非晶硅太阳电池的发展及趋势。 1国内外产业现状 非晶硅（a-Si ）薄膜太阳电池虽然早已出现［1］，但由于光电转换效率低、衰减率（光致衰退率）较高等问题，一直制约其发展。随着其技术的不断进步， 光电转换效率得到迅速提高［2］ 。传统的晶硅太阳电池利用纯硅锭切割而成的硅片将光转换为电流。因为晶硅价高且晶片脆，因此太阳电池模块的加工生产过程需要特殊处理。且该种电池需要封装和其他组件，使得晶硅模块价格昂贵，但其工作寿命达20 25a ，能效为14% 23%。非晶硅薄膜太阳电池为第二代产品，有望实现更低的成本，大多采用连 续性卷对卷生产工艺［3］ ，而晶硅电池采用分批生产工艺。虽然仍与晶体硅电池相比存在差距，但其用料少、工艺简单、能耗低，成本有一定优势；尤其因为其沉积分解温度低，可在玻璃、不锈钢板、陶瓷板、柔
薄膜流研究进展
薄膜流研究进展 班级：机械工程专硕1班 学号：6160805020 姓名：程帅 摘要：液体在重力作用下以薄层形式沿壁面向下流动，称为液体薄膜流。它具有小流量、小温差、高传热传质系数、高热流密度、结构简单、动力消耗小等独特优点，己作为一项高效传热传质技术在化工、能源、航天、石油、制冷、电子等许多工业领域得到了广泛应用。本文介绍了非牛顿流体层流降膜流、新型薄膜覆盖材料、薄膜流涎机。正是由于实际应用的重要性和迫切性，在液体薄膜流的水动力过程和传热传质特性力一面，近几十年来开展了大量的深入研究。本文通过全面阐述液体薄膜流动和传热特性的研究现状，分析目前研究中存在的问题与不足，为未来研究提供借鉴。 关键词：液体薄膜流、非牛顿流薄膜流、新型薄膜覆盖材料、薄膜流涎机 1.液体薄膜流表面特征 对于液膜沿倾斜壁或垂直管壁向下流动的情形，从实验上观察到三种不同的流动状态:当Re=4T/v<20~30 (T为单位湿周的体积流率，v为流体的运动粘度)，流动为层流，膜表面呈平滑状态且膜厚为常数;当200
氢化非晶硅_a_Si_H_薄膜稳定性的研究进展
廖乃镘:男,1979年生,博士研究生,从事氢化非晶硅红外敏感薄膜材料研究 Tel :028********* E 2mail :liaonaiman @https://www.wendangku.net/doc/841913307.html, 李伟:通讯联系人,教授,博士生导师 Tel :028********* E 2mail :wli @https://www.wendangku.net/doc/841913307.html, 氢化非晶硅(a 2Si ∶H )薄膜稳定性的研究进展 廖乃镘,李 伟,蒋亚东,匡跃军,李世彬,吴志明 (电子科技大学电子薄膜与集成器件国家重点实验室,成都610054) 摘要 氢化非晶硅(a 2Si ∶H )是一种重要的光敏感薄膜材料,其稳定性的好坏是决定能否应用于器件的重要因 素之一。介绍了a 2Si ∶H 薄膜稳定性的研究进展,论述了a 2Si ∶H 薄膜的稳定性与Si 2Si 弱键的关系,分析了光致衰退效应(S 2W 效应)产生的几种机理,提出了在薄膜制备和后处理过程中消除或减少Si 2Si 弱键以提高a 2Si ∶H 薄膜稳定性的方法。 关键词 氢化非晶硅 稳定性 光致衰退效应 物理模型 稳定化处理 R ecent Progresses on the Stability of H ydrogenated Amorphous Silicon Thin Films L IAO Naiman ,L I Wei ,J IAN G Yadong ,KUAN G Yuejun ,L I Shibin ,WU Zhiming (State Key Laboratory of Electronic Thin Films and Integrated Devices ,U ESTC ,Chengdu 610054) Abstract The a 2Si ∶H thin film is an important light 2sensitive material that has received significant attention nowadays because of its unique properties.The stability of this thin film is a key factor which is fatal in the application of commercial devices.This paper summarizes and commends some researches on the stability of a 2Si ∶H thin films based on recent literature ,and discusses the relationship between the weak bonding of Si 2Si and the stability of the films.It introduces the mechanisms of light 2induced degeneration of a 2Si ∶H thin films and also recommends some methods of film fabrication and post 2treatment techniques in order to reduce the weak bonding of Si 2Si in a 2Si ∶H thin films. K ey w ords a 2Si ∶H ,stability ,light 2induced degeneration ,physical model ,stabilization treatment 0 前言 氢化非晶硅(a 2Si ∶H )薄膜具有光吸收率高、电阻温度系数 (TCR )相对较大(1.8～8%/K )[1]、禁带宽度可控、可大面积低 温(<400℃)成膜、基片种类不限、生产工艺较简单、与硅半导体工艺兼容等突出优点,在红外成像、太阳能电池、液晶显示、复印机感光鼓等领域得到快速发展。 众所周知,在无掺杂a 2Si 薄膜中,由四配位Si 原子组成的无规网络具有很高的内应力。为了减小内应力,a 2Si 无规网络中的弱Si 2Si 键有自发断裂倾向,形成三配位的Si 原子和1个悬挂键缺陷。所以,无掺杂的a 2Si 薄膜中的悬挂键密度很高(1018cm -3或更高),电学性能很差,不能满足器件的应用要求。 a 2Si ∶H 中引入的H 原子饱和或部分饱和了a 2Si 薄膜中的悬挂键(DB )缺陷态,使它的DB 密度大大下降(可以降低到(1～5)×1015cm -3),使a 2Si ∶H 薄膜成为一种十分重要的光电材料。然 而,可移动H 的存在也带来了一些不利的影响,如H 原子在a 2 Si ∶H 薄膜中扩散,容易引起弱Si 2Si 键的断裂和H 的聚集,导致悬挂键的移动和悬挂键密度的增加等。事实上,10at %的H (约5×1021cm -3)才能大幅度减少DB 密度,比实际a 2Si ∶H 薄膜中的DB 密度大了1～2个数量级,所以H 在a 2Si ∶H 薄膜中的利用效率是很低的[2]。此外,H 在a 2Si 薄膜中不只是以Si 2H 键方式存在,同时还存在(Si H HSi )n 、分子氢(H 2)及双原子氢化 合物等键合方式,而只有Si 2H 键合方式的H 才对增强红外吸收起重要作用。上述a 2Si ∶H 薄膜中的H 在受到光照后会发生不同的反应,如H 扩散、H 逸出、产生新的复合中心和陷阱中心等,从而改变a 2Si ∶H 中薄膜H 的键合方式、分布状态、含量和悬挂键密度,使a 2Si ∶H 薄膜的光电特性发生变化。 要使a 2Si ∶H 材料在器件上得到广泛应用,就要求它具有低的DB 密度和稳定的光电特性(长时间使用后性能不变)。但是,由于光致衰退效应(即S 2W 效应)的存在,会使基于a 2Si ∶H 薄膜材料的器件性能降低甚至失效,这是a 2Si ∶H 器件化应用的重大障碍之一。本文总结了近年来a 2Si ∶H 薄膜材料稳定性的研究进展,分析了S 2W 效应产生的机理及消除或减小这种效应的方法。 1 S 2W 效应机理及物理模型 a 2Si ∶H 薄膜经较长时间的强光照射或电流通过,在其内 部将产生缺陷而使薄膜的使用性能下降,称为Steabler 2Wronski 效应[3]。这是制约a 2Si ∶H 薄膜应用的主要原因。只有正确理解S 2W 效应的机理,才能解决好a 2Si ∶H 薄膜的稳定性问题。对S 2W 效应的起因,至今仍有不少争议,造成衰退的微观机制 也尚无定论,成为迄今国内外非晶硅材料研究的热门课题。总的看法认为,S 2W 效应起因于光照导致在带隙中产生了新的悬挂键缺陷态(深能级),这种缺陷态会影响a 2Si ∶H 薄膜材料的