磁控溅射法制备氮化镍薄膜及其光电性能研究

发布时间：2023-02-22 18:03

　　过渡金属氮化物具有过渡金属、共价化合物和离子晶体的特性,有着很多优异的性能,如机械性能、光学性能、电学性能、磁性能和在各种催化反应中的催化性能等,在光电器件、储能器件、环境保护领域有着广泛的应用前景。随着对过渡金属氮化物合成原理和合成条件的探索,发现其中的氮化镍材料有着丰富的电子结构,优异的催化选择性,可以作为钌和铂贵金属的潜在替代品,已经是热门材料之一,对其制备和性能的研究具有重要的理论意义和实用价值。本文采用磁控溅射方法在FTO导电玻璃上制备出了Ni₃N薄膜,研究了不同实验工艺参数,包括衬底温度、气体压强、溅射功率、溅射时间和本底真空度对Ni₃N薄膜生长的影响。采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能量色散谱(EDS)和X射线光电子能谱(XPS)等表征方法分析了在不同实验条件下制备薄膜样品的结晶度、表面形貌、元素组成和成键状态等,结果表明:生长出结晶度高、晶体颗粒较大、表面形貌致密的Ni₃N薄膜的实验参数如下:衬底温度为150℃,Ar和N₂的气体流量比为16:4 sccm,气体压强...

【文章页数】：85 页

【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 引言
    1.2 氮化镍薄膜的研究概述
        1.2.1 氮化镍材料的研究现状
        1.2.2 氮化镍薄膜的制备方法和难点
        1.2.3 氮化镍薄膜的研究特色
    1.3 氮化镍薄膜材料的特性
        1.3.1 晶体结构
        1.3.2 物理和化学性质
        1.3.3 光学和电学性质
    1.4 氮化镍薄膜的应用领域
        1.4.1 可充电锂离子电池
        1.4.2 染料敏化太阳能电池
        1.4.3 超级电容器
        1.4.4 水分解催化剂
    1.5 本文主要研究内容与章节安排
第二章 氮化镍薄膜制备方案与样品表征方法
    2.1 实验方案的设计
        2.1.1 实验方法的分析
        2.1.2 实验所用的设备和试剂
        2.1.3 实验工艺流程
    2.2 样品表征方法
        2.2.1 X射线衍射
        2.2.2 扫描电子显微镜
        2.2.3 能量色散谱
        2.2.4 X射线光电子能谱
    2.3 样品测试方法
        2.3.1 紫外分光光度计
        2.3.2 霍尔效应测试
        2.3.3 场发射性能测试
    2.4 本章小结
第三章 Ni₃N薄膜的制备与表征
    3.1 Ni₃N薄膜的制备工艺条件
    3.2 衬底温度对Ni₃N薄膜生长的影响
    3.3 气体压强对Ni₃N薄膜生长的影响
    3.4 溅射功率对Ni₃N薄膜生长的影响
    3.5 溅射时间对Ni₃N薄膜生长的影响
    3.6 本底真空度对Ni₃N薄膜生长的影响
    3.7 本章小结
第四章 Ni₃N薄膜性能的研究
    4.1 Ni₃N薄膜的透光性能的研究
        4.1.1 衬底温度对Ni₃N薄膜透光性能的影响
        4.1.2 气体压强对Ni₃N薄膜透光性能的影响
        4.1.3 溅射功率对Ni₃N薄膜透光性能的影响
        4.1.4 小结
    4.2 Ni₃N薄膜的吸光性能的研究
        4.2.1 衬底温度对Ni₃N薄膜吸光性能的影响
        4.2.2 气体压强对Ni₃N薄膜吸光性能的影响
        4.2.3 溅射功率对Ni₃N薄膜吸光性能的影响
    4.3 Ni₃N薄膜的电学性能的研究
        4.3.1 衬底温度对Ni₃N薄膜电学性能的影响
        4.3.2 气体压强对Ni₃N薄膜电学性能的影响
        4.3.3 溅射功率对Ni₃N薄膜电学性能的影响
        4.3.4 小结
    4.4 Ni₃N薄膜的场发射性能的研究
    4.5 本章小结
第五章 氮化镍材料的理论研究
    5.1 氮化镍的理论模型
    5.2 理论研究的计算方法
    5.3 理论研究的结果分析
        5.3.1 Ni₃N的计算结果及分析
        5.3.2 Ni2N的计算结果及分析
    5.4 本章小结
第六章 总结与展望
    6.1 工作总结
    6.2 工作展望
参考文献
攻读硕士学位期间取得的科研成果
致谢



本文编号：3748033