退火对ZnO薄膜光致发光性能的影响
第18卷第1期强激光与粒子束Vo l.18,No.1 2006年1月H IGH POWER LASER AND PART ICLE BEAM S Jan.,2006
文章编号:1001-4322(2006)01-0169-04
退火对ZnO:Al薄膜光致发光性能的影响*
徐自强1,2,邓宏2,谢娟2,李燕2,陈航2,祖小涛3,薛书文3
(1.电子科技大学电子科学研究院,成都610054;2.电子科技大学微电子与固体电子学院,成都610054;
3.电子科技大学物理电子学院,成都610054)
摘要:采用溶胶-凝胶工艺在石英衬底上制备ZnO:A l(A ZO)薄膜,通过不同温度的退火处理,研究了退火对A ZO薄膜结构和光致发光特性的影响。XRD图谱表明:所制备的薄膜具有c轴高度择优取向,随着退
火温度的升高,(002)峰的强度逐渐增强,同时(002)峰的半高宽逐渐减小,表明晶粒在不断增大。未退火样品
的光致发光(P L)谱由361nm附近的紫外带边发射峰和500nm附近的深能级发射峰组成。样品经退火后,以
500nm为中心的绿带发射逐渐减弱,而带边发射强度有所增强,并且逐渐红移到366nm附近,与吸收边移动
的测试结果相吻合。对经过不同时间退火的样品分析表明,A ZO薄膜的发光特性与退火时间也有很大关系,
时间过短可见波段的发射较强,但时间过长会使晶粒发生团聚,导致紫外发射峰强度减弱。
关键词:溶胶-凝胶法;ZnO:A l薄膜;退火处理;光致发光;红移
中图分类号:O484.41文献标识码:A
ZnO:A l(AZO)薄膜不仅具有与传统掺锡In2O3(IT O)薄膜相比拟的光电性质,而且原材料丰富、价格低、无毒、沉积温度低、热稳定性高,特别是ZnO-基薄膜在氢等离子体环境中具有很高的化学稳定性,不易导致太阳能电池材料活性降低。因此,AZO薄膜逐渐成为ITO薄膜的最佳替代材料,被广泛地应用于光电显示、太阳能电池和热镜等领域中[1-2]。由于AZO薄膜的性能受生长和后处理工艺参数的影响,尤其是退火工艺,因此研究退火对AZO薄膜性能的影响具有重要意义。
本文利用溶胶-凝胶法易于原子级掺杂且可精确控制掺杂的优点,在石英衬底上使用旋转涂覆技术生长了具有c轴择优取向的AZO透明导电薄膜,重点分析了退火对薄膜光致发光性能的影响。
1实验
采用分析纯的二水合醋酸锌(Zn(CH3COO)2#2H2O)作为前驱体,乙二醇甲醚(2-m ethox yethano)和无水乙醇作为溶剂,乙醇氨(M EA)作为稳定剂。实验中将一定量的醋酸锌溶解在乙二醇甲醚和无水乙醇混合溶剂中,加入与醋酸锌等物质的量的乙醇氨,经充分搅拌后,形成透明均匀的溶液A。为制备掺Al的溶液,先根据需要将一定量九水硝酸铝(Al(NO3)3#9H2O)溶于无水乙醇中制成透明溶液B,再将其加入A中,调制成014 mol/L的溶液C。
实验采用石英玻璃片作为衬底,采用旋转涂覆技术进行涂膜,先在较低转速下向衬底滴加溶液,然后在4000r/min的转速下旋转30s。形成的湿膜在300e下预处理15min,然后进行第二次涂膜,反复多次,直至达到所需厚度。本实验中制备的是掺Al浓度为1m ol%,涂膜层数为12层,将样品在400,500,600,800e下进行1h的退火处理。
利用X射线衍射仪(BEDE DⅠ型高分辨X射线衍射仪,CuK A,K=0.154nm)分析薄膜的晶相结构。利用SH IM ADZU的U V-2550型双光束分光光度计测量薄膜的透射谱。利用SH IMA DZU的RF-5301PC荧光分光光度计测试薄膜的光致发光(PL)谱,激发波长为280nm。
2结果与讨论
用X射线衍射仪对未退火和在不同温度下退火的样品进行结构测量,获得的衍射图如图1所示。由图可见,掺A l并没有改变ZnO薄膜的晶体结构,而是取代了Zn的替位掺杂,与标准粉末样品的衍射图相比,样品
*收稿日期:2005-06-09;修订日期:2005-09-22
基金项目:国家973项目资助课题(51310Z09-4);国家自然科学基金重大项目资助课题(60390073)
作者简介:徐自强(1980)),男,硕士,从事半导体器件与性能的研究;nan terxu@s https://www.wendangku.net/doc/da14065423.html,;
邓宏(1963)),男,教授,从事宽禁带半导体的研究;hdeng@ues https://www.wendangku.net/doc/da14065423.html,。
Fig.1 XRD pattern of AZO thin films at different annealing tem perature.T he ins et s how s FW H M and
particle siz e of the samples as a fun ction of temperature
图1 不同退火温度下样品的XRD 图谱;插图为样品的FWH M 和晶粒尺寸与退火温度的关系曲线
只在34.50b 附近出现(002)衍射峰,说明样品均为平行于衬底的(002)晶面择优取向的六方纤锌矿结构[3]。随着退火温度的升高,(002)峰的强度逐渐增强,样品的取向性和结晶度都明显变好。插图给出了样品(002)衍射峰的半高宽(FWH M)和根据Scherr er 公式[4]估算的纳米粒子平均晶粒尺寸。可以发现AZO 薄膜中的纳米颗粒尺寸随着退火温度的升高逐渐增大,样品的c 轴择优取向并不改变,只是(002)衍射峰的半高宽逐渐变窄。其原因在于退火引起晶粒的逐渐长大,薄膜中氧空位和锌填隙原子缺陷减少,使得样品的结晶质量提高[5]。 图2(a)为不同退火温度下的AZO 薄膜的透过率随波长变化的特性曲线。由图可见,未退火和退火的样品在可见光范围内都具有高透过性,其平均透过率大于85%,入射波长小于370nm 后,透过率急剧下降,形成陡峭的吸收边。但随着退火温度的增加,吸收边呈现向长波长方向红移的趋势。光学吸收因子A ,可由公式A
=(1/t)ln[T/(1-R )2]得到,其中t 是薄膜厚度,T 是透过率,R 是反射率。通过光吸收因子,可以给出光学能
带隙A 的表达式
A h M =A(h M -E g )
1/2(1)式中:A 为带宽系数;光学能带隙E g 可以通过线性拟合(A h M )2与h M 曲线上的A =0点得到。实验中样品的光
学能带隙随着退火温度的升高而降低,从没退火时的3.44eV 减少到退火后的3.39eV 。退火使薄膜光学吸收边向长波长方向移动这一点可基于Burstein -M oss 效应引起的能隙变化加以解释[5]。退火引起晶粒增大,网络无序度下降,锌填隙原子缺陷和氧空位浓度减少,使得原来导带底以下由氧空位缺陷能级逐渐发展成的连续能带分离,因而样品的光禁带随退火温度的增加而下降[6]。
图2(b)给出了未退火和不同退火温度下AZO 薄膜的光致发光谱(PL)。由图可以看出,未退火样品的PL 谱由362nm 附近的紫外带边发射峰和500nm 附近的深能级发射峰组成。退火后的样品带边发射强度有所增强,并且逐渐红移到366nm 附近。而以500nm 为中心的绿带则随着温度的升高而逐渐减弱,说明高温退火对抑制绿带发光和提高晶体的发光特性非常有效。普遍认为[7]深能级发光与ZnO 晶格中的氧空位和填隙
Fig.2 Transm ittance s pectra (a)an d PL spectra (b)of ZAO thin films as a function of annealing temperature
图2 不同退火温度下样品的透射光谱(a)和PL 谱(b)
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锌离子有关,退火引起晶粒的逐渐长大,薄膜中氧空位和锌填隙原子缺陷减少,使得样品的结晶质量提高,深能级缺陷发光强度相对于紫外发光强度逐渐减弱,同时紫外发射峰的峰位出现红移,这与吸收边红移的结果相吻合。未退火样品的紫外发射峰在3.43eV,随着退火温度的升高,样品的紫外发射峰逐渐向低能侧移动,当退火温度为800e 时,紫外发光峰位移动到3.388eV 。
图3所示为由PL 谱得到的光学带隙和由透射谱线性拟合得到的光学带隙的比较图。由图可以看出,两种方法得到的能带宽度变化趋势完全一致,都呈线性增长,由PL 谱得到的带隙宽度稍小于由透射谱线性拟合得到的带隙宽度[7]。
Fig.3 Band gap of ZAO thin films w ith
different annealing temperature
图3 不同退火温度下样品的光学带隙Fig.4 PL spectra of ZAO thin films w ith different annealing tim e 图4 不同退火时间下样品的PL 谱
图4给出了样品在800e 经过不同时间退火后的PL 谱。可以看到,热处理时间为0.2h 时,样品在吸收边附近有很弱的紫外发射峰,并且在可见波段观察到较强的深能级发射。退火时间为1h 时,样品在吸收边附近有较强的紫外发射峰,而深能级发射消失。热处理时间为2h,样品虽无可见波段的发射,但是吸收边附近的紫外发射带强度有所减弱,这可能是因为退火时间过长使得晶粒发生团聚[6]
,导致紫外发射峰的强度减弱。可见在本试验中,经过1h 的退火,样品可以得到最佳的紫外发光性能。3 结 论
采用溶胶-凝胶工艺在石英衬底上制备了具有c 轴高度择优取向的AZO 薄膜,重点研究了退火和退火时间对AZO 薄膜光致发光特性的影响。结果表明:随着退火温度的增加,样品的吸收边呈现向长波长方向红移的趋势。未退火样品的PL 谱由紫外带边发射峰和深能级发射峰组成。样品经退火后,以500nm 为中心的深能级发射逐渐减弱,而带边发射强度有所增强,并且逐渐红移到366nm 附近,与吸收边移动的结果相吻合。对经过不同时间退火的样品分析表明,AZO 薄膜的发光特性与退火时间也有很大关系,时间过短可见波段的发射较强,但时间过长会使晶粒发生团聚,导致紫外发射峰强度减弱。
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Effect of annealing on photoluminescence of ZnO:
Al thin films prepared by so-l gel method
XU Z-i qiang1,2,DEN G H ong2,XIE Juan2,L I Y an2,CH EN Hang2,ZU Xiao-tao3,XU E Shu-wen3
(1.R esearch I nstitute of Univ er sity of Electr onic Science and T echnol ogy of China,Cheng du610054,China;
2.School of M icroelectr onics and Solid-State Electr onics,Univer sity of Electro nic Science and
T echnology of China,Chengd u610054,China;
3.S chool of P hy s ical Electr onics,Univer sity of Electro nic Science and T echnology of China,Chengd u610054,China)
Abstract:A l doped ZnO thin f ilms wer e fabricat ed on quar tz substr at es by so-l g el method.An X-ray diffr action(XR D)was used to analy se the st ruct ur al pro pert ies o f the thin films.A ll the thin films have a pr eferent ial c-ax is o rientation,which enhances in the annealing pr ocess.F ro m t he spectr ometer tr ansmitt ance data,the optical absor ption o f AZO films w as found to have a red-shift w ith an increase in annealing temper ature.F rom the P L measur ement the near band edge(NBE)emissio n and deep-lev el (DL)emissio n a re observed in unannea led AZ O thin films.H ow ever,after annealing at hig h temperature,the DL emissions of the thin films are depr essed.As the annealing temperature increases,the peak of NBE emissio n has a shift to r egion o f low er pho-to n ener gy,which is co incident with the results from the transmittance data.Results also show that the P L spect rum depends not only on the pr ocessing temper ature but also on the pr ocessing time.
Key words:So-l G el;ZnO:A l thin films;Annealing;P ho toluminescence;Redshift
大学物理仿真实验报告材料-碰撞与动量守恒
大学物理仿真实验报告 实验名称 碰撞与动量守恒 班级： ： 学号： 日期：
碰撞和动量守恒 实验简介 动量守恒定律和能量守恒定律在物理学中占有非常重要的地位。力学中的运动定理和守恒定律最初是冲牛顿定律导出来的，在现代物理学所研究的领域中存在很多牛顿定律不适用的情况，例如高速运动物体或微观领域中粒子的运动规律和相互作用等，但是能量守恒定律仍然有效。因此，能量守恒定律成为了比牛顿定律更为普遍适用的定律。 本实验的目的是利用气垫导轨研究一维碰撞的三种情况，验证动量守恒和能量守恒定律。定量研究动量损失和能量损失在工程技术中有重要意义。同时通过实验还可提高误差分析的能力。 实验原理 如果一个力学系统所受合外力为零或在某方向上的合外力为零，则该力学系统总动量守恒或在某方向上守恒，即 （1） 实验中用两个质量分别为m1、m2的滑块来碰撞（图4.1.2-1），若忽略气流阻力，根据动量守恒有 （2） 对于完全弹性碰撞，要求两个滑行器的碰撞面有用弹性良好的弹簧组成的缓冲器，我们可用钢圈作完全弹性碰撞器；对于完全非弹性碰撞，碰撞面可用尼龙搭扣、橡皮泥或油灰；一般非弹性碰撞用一般金属如合金、铁等，无论哪种碰撞面，必须保证是对心碰撞。 当两滑块在水平的导轨上作对心碰撞时，忽略气流阻力，且不受他任何水平方向外力的影响，因此这两个滑块组成的力学系统在水平方向动量守恒。由于滑块作一维运动，
式（2）中矢量v可改成标量，的方向由正负号决定，若与所选取的坐标轴方向相同则取正号，反之，则取负号。 1．完全弹性碰撞 完全弹性碰撞的标志是碰撞前后动量守恒，动能也守恒，即 （3） （4） 由（3）、（4）两式可解得碰撞后的速度为 （5） （6） 如果v20=0，则有 （7） （8） 动量损失率为 （9） 能量损失率为 （10） 理论上，动量损失和能量损失都为零，但在实验中，由于空气阻力和气垫导轨本身的原因，不可能完全为零，但在一定误差围可认为是守恒的。 2.完全非弹性碰撞 碰撞后，二滑块粘在一起以10同一速度运动，即为完全非弹性碰撞。在完全非弹性碰撞中，系统动量守恒，动能不守恒。 （11） 在实验中，让v20=0，则有 （12） （13） 动量损失率 （14） 动能损失率 （15） 3．一般非弹性碰撞
高k材料用作纳米级MOS晶体管栅介质薄层下
“半导体技术”2008年第二期趋势与展望 93－高k材料用作纳米级MOS晶体管栅介质薄层（下） 翁妍，汪辉98－塑封微电子器件失效机理研究进展 李新，周毅，孙承松102－光电光窗的封接技术 李成涛，沈卓身技术专栏（新型半导体材料） 106－(Bi3.7Dy0.3)(Ti2.8V0.2)O12铁电薄膜的制备 及退火影响唐俊雄, 唐明华, 杨锋, 等109－掺Al富Si/SiO2薄膜制备及紫外发光特性研究 王国立, 郭亨群113－氧分压对锰掺杂氧化锌结构及吸收性能的影响 杨兵初, 张丽, 马学龙, 等117－升级冶金级Si衬底上ECR-PECVD沉积 多晶Si薄膜崔洪涛, 吴爱民, 秦福文, 等121－用XPS法研究SiO2/4H-SiC界面的组成 赵亮, 王德君, 马继开, 等126－Al在生长InGaN材料中的表面活化效应 袁凤坡, 尹甲运, 刘波, 等器件制造与应用 129－4H-SiC MESFET直流I-V特性解析模型 任学峰, 杨银堂, 贾护军133－6H-和4H-SiC功率VDMOS的比较与分析 张娟, 柴常春, 杨银堂, 等137－智能LED节能照明系统的设计赵玲, 朱安庆141－InP基谐振隧穿二极管的研究 李亚丽，张雄文，冯震，等144－氧化硅在改善双极型晶体管特性上的作用 王友彬，汪辉工艺技术与材料 147－低温退火制备Ti/4H-SiC欧姆接触 陈素华, 王海波, 赵亮, 等151－精密掩模清洗及保护膜安装工艺赵延峰封装、测试与设备 155－测量计算金属－半导体接触电阻率的方法 李鸿渐，石瑛160－热超声倒装过程中的建模和多参量仿真 李丽敏，吴运新，隆志力集成电路设计与开发 164－微波宽带单片集成电路二分频器的 设计与实现陈凤霞，默立冬，吴思汉167－基于分组网络结构NOC的蚁群路由算法 陈青, 郝跃, 蔡觉平171－基于ARM＋FPGA的大屏幕显示器 控制系统设计陈炳权176－新型异步树型仲裁器设计 徐阳扬，周端，杨银堂，等179－一种用于高速ADC的采样保持电路的设计 林佳明，戴庆元，谢詹奇，等技术产品专栏 183－飞思卡尔升级高品质车用i.MX应用处理器产业新闻 184－综合新闻
InN薄膜的退火特性
第27卷 第2期2006年2月 半 导 体 学 报 C HIN ES E J OU RNAL O F S EM ICON D U C TO RS V ol.27 N o.2 Feb.,2006 3国家重点基础研究发展规划(批准号:G2000068305),国家高技术研究发展规划(批准号:2001AA311110,2003AA311060,2004AA311080), 国家自然科学基金(批准号:6039072,60476030),国家杰出青年基金(批准号:60025411)和江苏省自然科学基金(批准号:B K2005210,B K2003203)资助项目 通信作者.Email :xzl @https://www.wendangku.net/doc/da14065423.html, 2005208224收到,2005210212定稿ν2006中国电子学会 In N 薄膜的退火特性 3 谢自力 张 荣 修向前 毕朝霞 刘 斌 濮 林 陈敦军 韩 平 顾书林 江若琏 朱顺明 赵 红 施 毅 郑有 (南京大学物理系江苏省光电功能材料重点实验室,南京 210093) 摘要:对InN 薄膜在氨气氛下的高温退火行为进行了研究.利用XRD ,S EM 和XPS 对样品进行了分析.结果表 明,InN 薄膜的结晶质量和表面形貌并不随退火温度单调变化.由于高温退火时N 原子的挥发,剩下的In 原子在样品表面聚集形成In 颗粒.当退火温度高于425℃时,In 原子的脱吸附作用增加,从而导致样品表面的In 颗粒在退火温度高于425℃时逐渐减少.XRD 和S EM 结果表明In 颗粒密度最高的样品具有最差的结晶质量.这种现象可能是由于In 颗粒隔离了其下面的InN 与退火气氛的接触,同时,金属In 和InN 结构上的差异也可能在InN 中导致了高密度的结构缺陷,从而降低了InN 薄膜的结晶质量. 关键词:InN ;热退火;X 射线衍射;扫描电子显微镜;X 射线光电子谱PACC :7360F ;7155;6820 中图分类号:TN30412+3 文献标识码:A 文章编号:025324177(2006)022******* 1 引言 在Ⅲ族氮化物半导体中,I nN 有其特殊的物理性质.例如,I nN 具有最小的电子有效质量,它决定了I nN 具有最高的峰值和饱和电子漂移速率.这使I nN 在高速、高频电子器件如高电子迁移率晶体管方面有着极为重要的应用价值.I nN 具有最小的禁带宽度(最新报道为017eV ),其和GaN 的合金I n x Ga 1-x N 的带隙宽度覆盖了从红外到紫外的波长范围.因此I n GaN 合金不仅可以用来做紫外和红外光电子器件,而且目前光纤通信中所应用的光学器件也有可能用I n GaN 合金来制备.另外,调节I n x Ga 1-x N 中的I n 组分可以用来制备不同禁带宽度的多结太阳能电池,其理论效率可达到70%以上.因此,I nN 作为Ⅲ族氮化物半导体中的一员,有 着重要的研究价值[1] .但是直到现在,对于I nN 材料的研究还不够充分,一些光电子参数比如光学常数、禁带宽度、载流子的有效质量和声子波数等都有待更精确地确定,这主要是因为高质量的I nN 薄膜很难制备[2]. 由于I nN 具有低的离解温度(≥600℃分解)要求低温生长,而作为氮源的N H 3的分解温度较高,在1000℃左右,这是I nN 生长的一对矛盾.其次,对 于I nN 材料生长缺少与之匹配的衬底材料.这就使 得高质量I nN 材料生长特别困难.因此I nN 材料的研究几乎没有取得什么进展.我们对I nN 材料的性质知之甚少[3,4]. 最近几年,由于科学技术的进步和发展,I nN 材料生长技术也越来越成熟.生长的I nN 材料中杂质也越来越少.特别是2002年,对I nN 材料本征能隙认识的新突破,对于纯度更纯的I nN 材料,其能隙是016～017eV ,而不是人们一直认为的119eV.这使得I nN 材料在微电子和光电子领域中的应用将有更好的表现.在国际上也因此掀起了一股I nN 材料的研究热潮.因而有必要对I nN 材料进行研究[5]. 本文对I nN 薄膜在氨气氛下的高温退火行为进行了研究.利用X RD ,S EM 和XPS 对样品进行了分析.结果表明,I nN 薄膜的结晶质量和表面形貌并不随退火温度单调变化.由于高温退火时N 原子的挥发,剩下的I n 原子在样品表面聚集形成I n 颗粒.当退火温度高于425℃时,I n 原子的脱吸附作用增加,从而导致样品表面的I n 颗粒逐渐减少.X 射线衍射(X RD )和电子显微镜(S EM )结果表明,I n 颗粒密度最高的样品具有最差的结晶质量.这种现象可能是由于I n 颗粒隔离了其下面的I nN 与退火气氛的接触,同时,金属I n 和I nN 结构上的差异也
物理创新设计实验报告 大学物理
浙江海洋学院 物理创新设计实验报告 实验名称：利用霍尔效应法测量空间的磁场分布指导教师：鲁晓东 专业：数学与数学应用 班级：B10数学 实验者：于祥雨吴联帅 学号：100601108 100601118 实验日期：2011年12月01日
利用霍尔效应法测量空间的磁场分布 实验者：于祥雨 同组实验者：吴联帅 指导老师：鲁晓东 （B10数学 100601108 654495 ;B10数学 100601118 670903） 【摘要】通过霍尔效应法测量霍尔电流和励磁电流的方法，并使用“对称测量法”消除副效应的影响，最终通过多组数据的处理，得出空间磁场分布。 【关键词】霍尔效应；霍尔电流；对称测量法；磁场分布 一、引言 空间磁场实际存在，但是人眼看不到，因此用直接的方法测量是行不通的。本实验正是考虑了这点，通过测量霍尔电流和励磁电流的方式，通过霍尔电流、励磁电流和磁场强度的关系，间接的测出磁场强度。并结合多组数据的处理，最大程度减小误差，使实验更加科学、严谨，从而使得实验方法具有可实施性和借鉴性。 二、设计原理 2．1简介 置于磁场中的载流体，如果电流方向与磁场垂直，则在垂直于电流和磁场的方向会产生一附加的横向电场，这一现象是霍普金斯大学研究生霍尔于1879年发现的，后被称为霍尔效应。如今霍尔效应不但是测定半导体材料电学参数的主要手段，而且利用该效应制成的霍尔器件已广泛用于非电量的电测量、自动控制和信息处理等方面。在工业生产要求自动自动检测和控制的今天，作为敏感元件之一的霍尔器件，将有更广泛的应用前景。掌握这一富有实用性的实验，对日后的工作将有益处。 2.2霍尔效应 霍尔效应是磁电效应的一种，当电流垂直于外磁场通过导体时，在导体的垂直于磁场和电流方向的两个端面之间会出现电势差，这个电势差就被叫做霍尔电势差。 导体中的载流子在外加磁场中运动时，因为受到洛仑兹力的作用而使轨迹发生偏移，并在材料两侧产生电荷积累，形成垂直于电流方向的电场，最终使载流子受到的洛仑兹力与电场斥力相平衡，从而在两侧建立起一个稳定的电势差即霍尔电压。正交电场和电流强度与磁场强度的乘积之比就是霍尔系数。平行电场和电流强度之比就是电阻率。 因此，对于一个已知霍尔系数的导体，通过一个已知方向、大小的电流，同时测出该导体两侧的霍尔电势差的方向与大小，就可以得出该导体所处磁场的方向和大小。 2.3实验原理 霍尔效应从本质上讲是运动的带电粒子在磁场中受洛伦兹力作用而引起的偏转。当带电粒子（电子或空穴）被约束在固体材料中，这种偏转就导致在垂直电流和磁场方向上产生正负电荷的聚积，从而形成附加的横向电场，即霍尔电场H E 。如图2-1所示的半导体式样，若在X 方向通以电流H I ，在Z 方向加磁场B ，则在Y 方向即试样2-4电极两侧就开始聚集异号电荷而产生相应的附加电场。电场的指向取决于试样的导电类型。对图2-1所示的N 型试样，霍尔电场为Y -方向。显然，霍尔电场H E 是阻止载流子继续向侧面偏移，当载流子所受的横向电场力H eE 与洛伦兹力evB 相等，样品两侧电荷的积累就达到动态平衡，故： H eE evB = （2.3.1） 其中H E 为霍尔电场，v 是载流子在电流方向上的平均漂移速度。
大物实验模拟仿真实验报告
西安交通大学实验报告 课程：数据结构实验实验名称：利用单摆测量重力加速度 系别：实验日期： 专业班级：实验报告日期： 姓名：学号： 第 1页 / 共3页 一、实验简介 单摆实验是个经典实验，许多著名的物理学家都对单摆实验进行过细致的研究。本实验的目的是学习进行简单设计性实验的基本方法，根据已知条件和测量精度的要求，学会应用误差均分原则选用适当的仪器和测量方法，学习累积放大法的原理和应用，分析基本误差的来源及进行修正的方法。 二、实验原理 单摆的结构参考图1单摆仪,一级近似的周期公式为 由此通过测量周期摆长求重力加速度。 三、实验内容 1、设计要求: (1) 根据误差均分原理,自行设计试验方案,合理选择测量仪器和方法. (2) 写出详细的推导过程,试验步骤. (3) 用自制的单摆装置测量重力加速度g,测量精度要求△g/g < 1%. 2、可提供的器材及参数: 游标卡尺、米尺、千分尺、电子秒表、支架、细线(尼龙线)、钢球、摆幅测量标尺(提供硬白纸板自制)、天平(公用).
假设摆长l≈70.00cm;摆球直径D≈2.00cm;摆动周期T≈1.700s; 米尺精度△米≈ 0.05cm;卡尺精度△卡≈0.002cm;千分尺精度△千≈0.001cm;秒表精度△秒≈0.01s;根据统计分析,实验人员开或停秒表反应时间为0.1s左右,所以实验人员开,停秒表总的反应时间近似为△人≈0.2s. 3、对重力加速度g的测量结果进行误差分析和数据处理,检验实验结果是否达到设计要求. 4、自拟实验步骤研究单摆周期与摆长,摆角,悬线的质量和弹性系数,空气阻力等因素的关系,试分析各项误差的大小. 5、自拟试验步骤用单摆实验验证机械能守恒定律. 四、实验仪器 单摆仪，摆幅测量标尺，钢球，游标卡尺 五、实验操作 1. 用米尺测量摆线长度； 2. 用游标卡尺测量小球直径； 3. 把摆线偏移中心不超过5度，释放单摆，开始计时，单摆摆过50个周期后停止计时，记录所用时间； 六、实验结果
P型氧化锌薄膜的结构及其制备
P型氧化锌薄膜的结构及其制备 摘要:氧化锌(ZnO)是一种直接带隙宽禁带(3.37eV)II-VI族化合物半导体材料，具有较大的激子束缚能(60meV)，具有优良的压电、光电、气敏、压敏等性质的材料，在透明导体、发光元件、太阳能电池窗口材料、光波导器、单色场发射显示器材料、表面声波元件以及低压压敏电阻器等方面具有广泛的用途。ZnO薄膜的制备方法多样，各具优缺点。本文综述了ZnO薄膜的制备及性质特征，并对其发展趋势及前景进行了探讨。 关键词：ZnO薄膜；制备；发展前景 1ZnO结构 ZnO有三种晶体结构，分别是立方NaCl，闪锌矿和六角纤锌矿构，如图1所示，在常温常压下，ZnO的热稳定相为六方纤锌矿结构[5]，具有六方对称性。纤锌矿ZnO的晶格常数是a=3.2498 ?，C=5.2066 ?。在C轴方向上，Zn原子与02原子的间距为0.196nm，在其他三个方向上为0.198nm。ZnO的结构可简单地描述为由Zn原子面和O原子面沿C轴交替排列而成，其中Zn和O原子为相互四面体配位，从而Zn 和0在位置上是等价的。这种排列导致ZnO具有一个Zn极化面和一个O极化面，这种C面的极化分布使得两个面具有不同的性质，导致该结构缺乏对称中心。另外，ZnO的纤锌矿结构相当于0原子构成简单六方密堆积，Zn原子填塞于半数的四面体隙中。 图1 ZnO的晶体结构：（a）立方NaCl结构 （b）闪锌矿结构（c）六角纤锌矿结构 2.p型ZnO薄膜的制备方法 2.1分子束外延技术（MBE）
分子束外延(MBE)是一种真空蒸发技术,把原材料通过加热转化为气态,然后在真空中膨胀,再在衬底上凝结,进行外延生长。典型的MBE设备由束源炉、样品台和加热器、控制系统、超高真空系统(包括真空生长室和机械泵、分子泵、离子泵、升华泵等, 真空度可达到1×10- 8 Pa以上)和检测分析系统(高能电子衍射仪、离子溅射枪、俄歇分析仪和四极质谱仪等)组成。 矫淑杰等[2]利用分子束外延的方法, 采用高纯金属锌作为Zn源，通过射频等离子体源激发气体源NO产生激活的N和O,在蓝宝石c平面上外延生长了p型ZnO薄膜。当生长温度为300℃,NO气体流量为1.0sccm,射频功率为300W时,可获得了重复性很好的p型ZnO,且载流子浓度最大可达1.2×1019cm- 3,迁移率为0.0535 cm2/(V·s), 电阻率为9.50Ω·cm。 2.2超声喷雾热分解法(USP) 超声喷雾热分解法是由制备太阳能电池电极发展而来的, 通过将金属盐溶 液雾化后喷入高温区,使金属盐在高温下分解形成薄膜。在制备ZnO薄膜时，原料一般是溶解在醇类中的醋酸锌。此法非常容易实现掺杂,通过加入氯盐掺杂Al和In 等元素,可以获得电学性质优异的薄膜,还可以制备出具有纳米颗粒结构、性能优异的薄膜。喷雾热分解法在常压下进行, 可以减少真空环境下生长的ZnO 薄膜中的氧空位, 从而弱化施主补偿作用, 有利于p型掺杂的实现。虽然此法的设备与工艺简单, 但也可生长出与其他方法可比拟的优良的ZnO薄膜。 焦宝臣等[3]通过超声雾化热分解技术, 利用N-Al共掺的方法，在corning 7059衬底上制备了p型透明ZnO薄膜。以醋酸锌和醋酸氨分别作为ZnO源和N掺杂源,掺杂源Al由硝酸铝提供。制得的ZnO具有c轴择优生长，在可见光范围内的透过率达到90%以上，且电阻率为4.21Ω·cm、迁移率是0.22cm2/( V·s)、载流子浓度为6. 68×1018cm﹣3。 2.3磁控溅射法（MS） 磁控溅射是利用高能粒子轰击靶材,使靶材原子或分子被溅射出来并沉积到衬底表面的一种工艺,主要分为直流磁控溅射、射频磁控溅射和中频磁控溅射。MS法要求较高的真空度(初始压强达1×10-4 Pa ,工作压强约为1×10-1Pa),合适的溅射功率及衬底温度,保护气体一般用高纯的氩气,反应气体为氧气。MS法适用于大面积沉积,可以通入不同的溅射气氛,靶材选择范围也比较广泛,因而能够有效实
离子注入和快速退火工艺处理
离子注入和快速退火工艺 离子注入是一种将带电的且具有能量的粒子注入衬底硅的过程。注入能量介于1keV到1MeV之间，注入深度平均可达10nm~10um，离子剂量变动范围从用于阈值电压调整的1012/cm3到形成绝缘层的1018/cm3。相对于扩散工艺，离子注入的主要好处在于能更准确地控制杂质掺杂、可重复性和较低的工艺温度。 高能的离子由于与衬底中电子和原子核的碰撞而失去能量，最后停在晶格内某一深度。平均深度由于调整加速能量来控制。杂质剂量可由注入时监控离子电流来控制。主要副作用是离子碰撞引起的半导体晶格断裂或损伤。因此，后续的退化处理用来去除这些损伤。 1 离子分布 一个离子在停止前所经过的总距离，称为射程R。此距离在入射轴方向上的
投影称为投影射程Rp。投影射程的统计涨落称为投影偏差σp。沿着入射轴的垂直的方向上亦有一统计涨落，称为横向偏差σ┷。 下图显示了离子分布，沿着入射轴所注入的杂质分布可以用一个高斯分布函数来近似： S为单位面积的离子注入剂量，此式等同于恒定掺杂总量扩散关系式。沿x 轴移动了一个Rp。回忆公式: 对于扩散，最大浓度为x＝0；对于离子注入，位于Rp处。在（x－Rp）＝±σp处，离子浓度比其峰值降低了40%。在±2σp处则将为10%。在±3σp处为1%。在±4σp处将为0.001%。沿着垂直于入射轴的方向上，其分布亦为高斯分布，可用: 表示。因为这种形式的分布也会参数某些横向注入。 2 离子中止 使荷能离子进入半导体衬底后静止有两种机制。 一是离子能量传给衬底原子核，是入射离子偏转，也使原子核从格点移出。设E是离子位于其运动路径上某点x处的能量，定义核原子中止能力：
物理化学实验报告.
《大学化学基础实验2》实验报告 课程：物理化学实验 专业：环境科学 班级： 学号： 学生姓名：邓丁 指导教师：谭蕾 实验日期：5月24日
实验一、溶解焓的测定 一、实验名称：溶解焓的测定。 二、目的要求:(1)学会用量热法测定盐类的积分溶解焓。 (2)掌握作图外推法求真实温差的方法。 三、基本原理： 盐类的溶解通常包含两个同时进行的过程：一是晶格的破坏，为吸热过程；二是离子的溶剂化，即离子的水合作用，为放热过程。溶解焓则是这两个过程热效应的总和，因此，盐类的溶解过程最终是吸热还是放热，是由这两个热效应的相应大小所决定的。影响溶解焓的主要因素有温度、压力、溶质的性质以及用量等。热平衡式： △sol H m=-[（m1C1+m2C2）+C]△TM/m2 式中, sol H m 为盐在溶液温度及浓度下的积分溶解焓, J·mol , m1 , m2 分别为水和溶质的质量, M 为溶质的摩尔质量,kg·mol -1 ;C1 ,C 2 分别为溶剂水, kg; 溶质的比热容,J·kg -1；T 为溶解过程中的真实温差,K;C 为量热计的热容, J·K- 1 ,也称热量计常数.本实验通过测定已知积分溶解焓的标准物质 KCl 的 T ,标定出量热计热容 C 的值. 四、实验主要仪器名称： NDRH-2S型溶解焓测定实验装置1套（包括数字式温度温差测量仪1台、300mL简单量热计1只、电磁搅拌器1台）；250mL容量瓶1个；秒表1快；电子 ；蒸馏水 天平1台；KCl；KNO 3 五、实验步骤： （1）量热计热容 C 的测定 ( 1 ) 将仪器打开 , 预热 . 准确称量 5.147g 研磨好的 KCl , 待用 . n KCl : n水 = 1: 200 （2）在干净并干燥的量热计中准确放入 250mL 温室下的蒸馏水,然后将温度传感器的探头插入量热计的液体中.打开搅拌器开关,保持一定的搅拌速度,待温差变化基本稳定后,读取水的温度 T1 ,作为基温. （3）同时, 每隔30s就记录一次温差值,连续记录8 次后, 将称量好的 5.174g KCl 经漏斗全部迅速倒入量热计中,盖好.10s记录一次温度值,至温度基本稳定不变,再每隔 30s记录一次温度的数值,记录 8 次即可停止. （4）测出量热计中溶液的温度,记作 T2 .计算 T1 , T2 平均值,作为体系的温度.倒出溶液,取出搅拌子,用蒸馏水洗净量热计. KNO3 熔解热的测定:标准称量 3.513g KNO3 ,代替 KCl 重复上述操作.
大学物理实验报告优秀模板
大学物理实验报告优秀模板 大学物理实验报告模板 实验报告 一.预习报告 1.简要原理 2.注意事项 二.实验目的 三.实验器材 四.实验原理 五.实验内容、步骤 六.实验数据记录与处理 七.实验结果分析以及实验心得 八.原始数据记录栏(最后一页) 把实验的目的、方法、过程、结果等记录下来，经过整理，写成的书面汇报，就叫实验报告。 实验报告的种类因科学实验的对象而异。如化学实验的报告叫化学实验报告，物理实验的报告就叫物理实验报告。随着科学事业的日益发展，实验的种类、项目等日见繁多，但其格式大同小异，比较固定。实验报告必须在科学实验的基础上进行。它主要的用途在于帮助实验者不断地积累研究资料，总结研究成果。 实验报告的书写是一项重要的基本技能训练。它不仅是对每次实验的总结，更重要的是它可以初步地培养和训练学生的逻辑归纳能力、综合分析能力和文字表达能力，是科学
论文写作的基础。因此，参加实验的每位学生，均应及时认真地书写实验报告。要求内容实事求是，分析全面具体，文字简练通顺，誊写清楚整洁。 实验报告内容与格式 (一) 实验名称 要用最简练的语言反映实验的内容。如验证某程序、定律、算法，可写成“验证×××”；分析×××。 (二) 所属课程名称 (三) 学生姓名、学号、及合作者 (四) 实验日期和地点（年、月、日） (五) 实验目的 目的要明确，在理论上验证定理、公式、算法，并使实验者获得深刻和系统的理解，在实践上，掌握使用实验设备的技能技巧和程序的调试方法。一般需说明是验证型实验还是设计型实验，是创新型实验还是综合型实验。 (六) 实验内容 这是实验报告极其重要的内容。要抓住重点，可以从理论和实践两个方面考虑。这部分要写明依据何种原理、定律算法、或操作方法进行实验。详细理论计算过程. (七) 实验环境和器材 实验用的软硬件环境（配置和器材）。 (八) 实验步骤 只写主要操作步骤，不要照抄实习指导，要简明扼要。还应该画出实验流程图（实验装置的结构示意图），再配以
ZnO薄膜的结构、性能应用和制备(精)
氧化物薄膜半导体材料的研制及应用 ZnO 薄膜的结构、性能应用和制备 摘要:介绍了宽禁带半导体ZnO 薄膜的结构、主要性质、制备工艺和应用等几方面内容。 关键词:ZnO 薄膜;结构;性质;制备 Abstract:The crystal structure,basic performance, and preparation of ZnO films with wide forbidden band were reviewed. Key words: ZnO thin film;crystal structure;nature;preparation 1 引言 ZnO是II- VI 族宽禁带直接带隙化合物半导体, 室温下禁带宽度约为3.3 eV, 激子束缚能为60 meV,可以实现室温下的激子发射。自1997年报道了ZnO薄膜紫外受激发射现象以后,成为半导体材料研究热点,与GaN、SiC 一起被称为第三代半导体材料。但目前ZnO薄膜之所以并没有达到广泛应用的地步,有两个重大难题:一是如何实现ZnO 的高浓度P型掺杂从而制作出p-n结;二是如何制备高质量ZnO薄膜。[1]本文对ZnO薄膜结构、性质、制备等做了部分总结,为制备一些高质量ZnO 薄膜及应用提供一些参考。 2 ZnO及ZnO薄膜的结构 ZnO晶体一般情况下为六方纤锌矿结构,具有六方对称性,6mm点群,P63mc空间群,晶格常数a=0.325nm,c=0.521nm。值得注意的是ZnO的纤锌矿结构相当于O 原子构成简单六方密堆积,Zn原子则填塞于半数的四面体隙中,而半数四面体隙是空的。因此,ZnO具有相对开放的晶体结构,外来掺杂物容易进入其晶格中而不改变晶体结构,这就为外来掺杂创造了条件。[2]优质的ZnO薄膜具有C轴择优取向生长的众多晶粒,每个晶粒也都是生长良好的六角形纤锌矿结构[3],根据其外来掺杂的特殊性可具备多种应用特性。
热退火对多晶硅特性的影响
第26卷 第12期2005年12月 半 导 体 学 报 CHIN ESE J OURNAL OF SEMICONDUCTORS Vol.26 No.12 Dec.,2005 Received 10J une 2005 Ζ2005Chinese Institute of Electronics E ffect of Therm al Annealing on Characteristics of Polycrystalline Silicon Ren Bingyan 1,Gou Xianfang 1,2,Ma Lifen 1,2,Li Xudong 2,Xu Ying 2,and Wang Wenjing 2 (1Semiconductor Research I nstit ute ,Hebei Uni versit y of Technolog y ,Tianj in 300130,China ) (2B ei j ing S olar Energ y Research I nstit ute ,Bei j i ng 100083,China ) Abstract :Oxygen and carbon behaviors and minority 2carrier lifetimes in multi 2crystalline silicon (mc 2Si )used for solar cells are investigated by FTIR and QSSPCD before and after annealing at 750～1150℃in N 2and O 2ambient.For comparison ,the annealing of CZ silicon with nearly the same oxygen and carbon concentrations is also carried out under the same conditions.The results reveal that the oxygen and carbon concentrations of mc 2Si and CZ 2Si have a lesser decrease ,which means oxygen precipitates are not generated ,and grain boundaries in mc 2Si do not affect car 2bon behavior.Bulk lifetime of mc 2Si increases in N 2and O 2ambient at 850,950,and 1150℃,and the lifetime of mc 2Si wafers annealed in O 2are higher than those annealed in N 2,which shows that a lot of impurities in mc 2Si at high temperature annealing diff use to grain boundaries ,greatly reducing recombination centers.Interstitial Si atoms filling vacancies or recombination centers increases lifetime.K ey w ords :polycrystalline silicon ;oxygen ;lifetime EEACC :2520C C LC number :TN30411+2 Document code :A Article I D :025324177(2005)1222294204 1 Introduction Polycrystalline Si wafers have become preva 2lent in t he recent p hotovoltaic market.However ,t hey need f urt her quality imp rovement for highly efficient ,low 2co st solar cells.First we must under 2stand t he behaviors of imp urities and defect s in t he polycrystalline Si wafers in more detail.Because t here are grain boundaries and more imp urities and defect s ,mc 2Si material has more complicated p hysi 2cal behavior in high temperat ure annealing t han mono 2crystalline silicon.Oxygen in mc 2Si is a very important imp urity t hat affect s t he elect rical and mechanical properties of silicon material during heat t reat ment s [1].However ,t he formation of oxy 2gen precipitates ,t he variety of minor carrier life 2times ,and t he influence of t he annealing ambient are less investigated for polycrystalline silico n solar cells.In t his paper ,t he effect s of t hermal annealing on oxygen behavior and carrier lifetimes for poly 2crystalline Si wafers are investigated. 2 Experiment The polycrystalline Si wafers provided by Ba 2yer Solar Corporation in t his experiment were p 2 type ,019Ω?cm ,and 285 μm t hick.The interstitial oxygen and substit ute carbon concent rations of t he samples were 813×1017and 2×1017cm -3,respec 2tively.For comparison ,p 2type CZ 2Si samples wit h 〈100〉orientation ,1～3Ω?cm ,a t hickness of 330 μm ,and almost t he same oxygen concent ration were also st udied.The samples were cleaned wit h chemical solution ,and Si oxide was removed in an HF (10%)solution.Then t hey were subjected to heat t reat ment at 1260℃for 1h in N 2ambient so as to eliminate t he influence of t hermal history before
物化实验报告燃烧热的测定
华南师范大学实验报告 一、实验目的 1、明确燃烧热的定义，了解定压燃烧热与定容燃烧热的差别。 2、掌握量热技术的基本原理；学会测定萘的燃烧热 3、了解氧弹量热计的主要组成及作用，掌握氧弹量热计的操作技术。 4、学会雷诺图解法校正温度改变值。 二、 实验原理 通常测定物质的燃烧热，是用氧弹量热计，测量的基本原理是能量守恒定律。一定量被测物质样品在氧弹中完全燃烧时，所释放的热量使氧弹本身及其周围的介质和量热计有关附件的温度升高，测量介质在燃烧前后温度的变化值T ?，就能计算出该样品的燃烧热。 ()p V Q Q RT n g =+? （1） ()V W W Q Q C W C M +=+样品21总铁丝铁丝水水（T -T ） （2） 用已知燃烧热的物质（本实验用苯甲酸）放在量热计中燃烧，测其始末温度，求出T ?。 便可据上式求出K ，再用求得的K 值作为已知数求出待测物（萘）的燃烧热。 三、仪器和试剂 1.仪器 SHR-15氧弹量热计1台；贝克曼温度计；压片机 2台；充氧器1台；氧气钢瓶1个；1/10℃温度计；万能电表一个；天平 2.试剂 铁丝；苯甲酸(AR)；萘（AR ）；氧气 四、实验步骤 1、测定氧氮卡计和水的总热容量 （1）样品压片：压片前先检查压片用钢模，若发现钢模有铁锈油污或尘土等，必须擦净后，才能进行压片，用天平称取约0.8g 苯甲酸，再用分析天平准确称取一根铁丝质量，从模具的上面倒入己称好的苯甲酸样品，徐徐旋紧 压片机的螺杆，直到将样品压成片状为止。抽出模底的托板，再继续向下压，使模底和样品一起脱落，然后在分析天平上准确称重。 分别准确称量记录好数据，即可供燃烧热测定用。 （2）装置氧弹、充氧气：拧开氧弹盖，将氧弹内壁擦净，特别是电极下端的不锈钢接线柱更应擦十净，将点火丝的两端分别绑紧在氧弹中的两根电极上，选紧氧弹盖，用万用表欧姆档检查两电极是否通路，使用高压钢瓶时必须严格遵守操作规则。将氧弹放在充氧仪台架上，拉动板乎充入氧气。 （3）燃烧温度的测定：将充好氧气后，再用万用表检查两电极间是否通路，若通路将氧弹放入量热计内简。用量筒称3L 自来水，倒入水桶内，装好搅拌轴，盖好盖子，将贝克曼温度计探头插入水中，此时用普通温度计读出水外筒水温和水桶内的水温。接好电极，盖上盖了，打开搅拌开关。待温度温度稳定上升后，每个半分钟读取贝克曼温度计一次，连续记
大学普通物理实验报告模板
大学普通物理实验报告模板 预习报告： 1.试验目的。(这个大学物理试验书上抄，哪个试验就抄哪个)。 2。实验仪器。照着书上抄。 3.重要物理量和公式：把书上的公式抄了：一般情况下是抄结论性的公式。再对这个公式上的物理量进行分析，说明这些物理量都是什么东东。这是没有充分预习的做法，如果你充分地看懂了要做的试验，你就把整个试验里涉及的物理量写上，再分析。 4.试验内容和步骤。抄书上。差不多抄半面多就可以了。 5.试验数据。做完试验后的记录。这些数据最好用三线图画。注意标上表号和表名。EG：表1.紫铜环内外径和高的试验数据。 6.试验现象.随便写点。 试验报告：
1.试验目的。方法同上。 2.试验原理。把书上的归纳一下，抄!差不多半面纸。在原理的后面把试验仪器写上。 3。试验数据及其处理。书上有模板。照着做。一般情况是求平均值，标准偏差那些。书上有。注意：小数点的位数一定要正确。 4.试验结果：把上面处理好的数据处理的结果写出来。 5.讨论。如果那个试验的后面有思考题就把思考提回答了。如果没有就自己想，写点总结性的话。或者书上抄一两句比较具有代表性的句子。 实验报告大部分是抄的。建议你找你们学长学姐借他们当年的实验报告。还有，如果试验数据不好，就自己捏造。尤其是看到坏值，什么都别想，直接当没有那个数据过，仿着其他的数据写一个。 不知道。建议还是借学长学姐的比较好，网络上的不一定可以得高分。每个老师对报告的要求不一样，要照老师的习惯写报告。我现在还记得我第一次做迈克尔逊干涉仪实验时我虽然用心听讲，但是再我做时候却极为不顺利，因为我调节仪器时怎么也调不出干涉条纹，
物理仿真实验报告1
物理仿真实验报告1
物理仿真实验报告 受迫振动 班级应物01 姓名赵锦文 学号10093020
一、实验简介 在本实验中，我们将研究弹簧重物振动系统的运动。在这里，振动中系统除受弹性力和阻尼力作用外，另外还受到一个作正弦变化的力的作用。这种运动是一类广泛的实际运动，即一个振动着的力学体系还受到一个作周期变化的力的作用时的运动的一种简化模型。如我们将会看到的，可以使这个体系按照与施加力相同的频率振动，共振幅既取决于力的大小也取决于力的频率。当力的频率接近体系的固有振动频率时，“受迫振动”的振幅可以变得非常大，这种现象称为共振。共振现象是重要的，它普遍地存在于自然界，工程技术和物理学各领域中．共振概念具有广泛的应用，根据具体问题中共振是“利”还是“害”，再相应地进行趋利避害的处理。 两个相互耦合的简谐振子称为耦合振子，耦合振子乃是晶体中原子在其平衡位置附近振动的理想模型。 本实验目的在于研究阻尼振动和受迫振动的特性,要求学生测量弹簧重物振动系统的阻尼常数，共振频率。 二、实验原理 1．受迫振动 砝码和挂钩 弹簧 弹簧 振荡器 图13.1 受迫振动 质量M 的重物按图1放置在两个弹簧中间。静止平衡时，重物收到的合外力为0。当重物被偏离平衡位置时，系统开始振动。由于阻尼衰减(例如摩擦力)，最终系统会停止振动。振动频率较低时，可以近似认为阻力与振动频率成线性关系。作用在重物上的合力： x M x Kx x x k x k F 21=--=---=ββ 其中k1, k2是弹簧的倔强系数。
K = k1+ k2是系统的等效倔强系数。 x 是重物偏离平衡位置的距离, β 是阻尼系数。 因此重物的运动方程可表示为： 22 0=++x x x ωγ 其中 γβ=M and ω02 =K M 。 在欠阻尼状态时(ωγ0>),方程解为： ) cos(22 0 φγωγ+-=-t Ae x t A, φ 由系统初始态决定。方程的解是一个幅度衰减的谐振动，如图2所示。 T 图13.2 衰减振动 振动频率是： f T = =-11202 2π ωγ (13.1) 如果重物下面的弹簧1k 由一个幅度为a 的振荡器驱动，那么这个弹簧作用于重物的力是) cos (1x t a k -ω。此时重物的运动方程为： M t a k x x x cos 212 0ωωγ= ++ . 方程的稳态解为： ) cos(4)(2 2 2 22 1θωω γωω-+-= t M a k x (13.2) 其中 )2(tan 2 201 ωωγω θ-=-。图13.3显示振动的幅度与频率的关系。
氧化锌薄膜制备
实验报告 PB13203265 李颖杰19组实验题目：氧化锌薄膜的制备 实验目的：学习制备氧化锌薄膜 实验原理： 1 制备技术概论 溅射是制备透明导电薄膜的最主要的工艺之一。溅射过程包括在阴阳极之间加一定电压，使惰性气体(如Ar)产生等离子体，靶材为阴极，衬底为阳极，等离子体中的高能离子Ar+轰击靶材料，由于动量传输，使靶材粒子逸出表面，弥散开来，并沉积在衬底表面上形成薄膜，溅射时的气压通常为10-2至10-3tor。 目前已应用的有DC,RF和磁控溅射的反应和不反应形式。下左图表示在反应溅射中溅射速率与氧分压的典型关系(功率一定时)．在低氧分压下，金属原子从靶上溅射下来，仅在衬底表面上发生氧化；在高的氧分压下，靶表面发生氧化，溅射速率明显下降，这是因为化合物的溅射通常要比金属的溅射慢得多。下右图表示在一定溅射功率下氧分压与氧流速的关系．直线表示等离子体点火之前的情况。而“磁滞”效应曲线发生在溅射之后．氧气流速达到B点时，靶表面的氧化发生，溅射速率下降，氧分压迅速增加；而当氧气流速重新退到C点时，靶表面氧化物耗尽，金属显露出来，溅射速率迅速上升氧分压迅速下降到金属溅射的情况。在AB段的溅射，形成富金属薄膜，需要在高浓度氧气中退火，形成ZnO，而在DC段溅射，形成氧化物薄膜，只需要较低氧气浓度中进行退火即可得到好的ZnO膜。为了保证薄膜的重复性生产，需尽量避免在过渡区附近工作。
2 直流溅射法和射频磁控溅射法生长ZnO 2.1 总论 用溅射工艺已制备了优质的ZnO薄膜，靶材为Zn-Al合金，也可为ZnO粉末和Al2O3粉膜的混合物烧结而成．靶中Al的含量通常为3-5wt%,Al掺入ZnO中通常使ZnO的结晶性质变坏，晶粒尺寸由200nm减至100nm．用合金靶生长的膜的沉积速率是O2分压和溅射功率的函数．随总压力变化很小，左下图表示在DC磁控溅射ZnO膜过程中，沉积速率与溅射功率的关系．在低溅射功率下，靶表面被非化学比地氧化了，溅射下来的粒子在输运和生长过程中进一步被氧化．如果功率增加，溅射下来的粒子数也增加。这意味要消耗更多的氧原子，使靶表面和溅射粒子氧化．随着功率的增加，可提供氧化靶表面的氧原子数目在减少，使靶的表面呈现更多的金属性。在氧气氛中600℃下退火30分钟，将改善薄膜质量，此与溅射沉积过程所使用的氧气分压无关．利用合金靶的DC反应溅射中，在较高的氧气分压下首先氧化靶表面,然后DC溅射氧化的靶表面．在溅射过程中，如维持DC电压不变，发现放电电流则随时间不断下降。如右下图所示 3.2 溅射制膜技术 (a)溅射的原理与设备结构 所谓溅射工艺，就是向高真空系统中充入少量所需的气体(如氩，氮，氧等)。气体分子在强电场作用下电离而产生辉光放电．气体电离后产生的带正电荷的离子受电场加速而形成高能量离子流，它们撞击在设置在阴极的靶表面上，使靶表面的原子飞溅出来，以自由原子形式或与反应气体分子形成化合物的形式淀积到衬底表面上形成薄膜层．这个过程就是溅射的基本原理．溅射设备的主体部分大致可分为两部分：即真空获得部分和电源部分。真空部分和镀膜机没有什么区别，所不同的是：溅射真空系统内装有永久性磁钢，用于产生垂直于靶表面的磁场。此磁场的主要功