射频磁控溅射制备铜氧化物薄膜

发布时间：2020-08-04 12:03

【摘要】：铜在自然界中储量丰富,无毒,价格低廉,它有两种主要的氧化相,分别是氧化铜(CuO)和氧化亚铜(Cu_2O);此外,铜还存在另一种氧化物,为三氧化四铜(Cu_4O_3),它是一种亚稳态的化合物。这三种氧化物因优异的光学和电学性能在太阳能电池、锂电池及光催化等方面有良好的应用前景,是当前研究的热点材料。本文采用射频反应磁控溅射技术,高纯铜靶(99.995%)作为溅射靶材,在氩气和氧气的混合气氛下,沉积了铜氧化物薄膜。利用傅立叶变换红外光谱仪(FT-IR)、X射线衍射仪(XRD)、台阶仪和光纤光谱仪对制备的薄膜进行了表征。研究了氧气流量、射频功率、工作气压和沉积温度对铜氧化物薄膜的组成、结构、沉积速率和光学性能的影响。主要研究结果如下:通过改变实验参数(氧气流量、射频功率和工作气压)来调控铜氧原子比例,可以实现对单一相的CuO、Cu_2O和Cu_4O_3薄膜材料的制备;利用台阶仪测出样品的膜厚,用膜厚除以沉积时间,得出制备样品的沉积速率,发现Cu_2O和Cu_4O_3薄膜的沉积速率明显高于CuO薄膜的沉积速率;过高的氧气流量和沉积气压都会导致靶中毒的现象产生,使CuO薄膜的沉积速率明显下降。CuO、Cu_2O和Cu_4O_3的光学性能表征的结果表明,三种铜氧化物(CuO、Cu_2O和Cu_4O_3)都为直接带隙半导体。本文研究了沉积温度对多晶氧化亚铜薄膜的影响。发现沉积温度影响Cu_2O薄膜的择优取向:当温度为室温和150℃时,薄膜表现出(200)晶面择优生长,当在温度为300℃时,薄膜以(111)晶面为择优取向;光学测试表明Cu_2O薄膜的光学带隙与Cu_2O的择优取向有关,以(200)晶面为择优取向的Cu_2O薄膜,对应较低的光学带隙(约1.97 eV);以(111)晶面为择优取向的Cu_2O薄膜,对应较高的光学带隙(约2.23 eV)。
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB383.2

【参考文献】

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本文编号：2780523