射频磁控溅射法成长Cu-Al-O薄膜的特性分析
发布时间：2022-02-15 20:21
本文以Cu靶和Al靶为靶材,在Al靶上粘贴不同数量的Cu片控制Cu/Al比例,利用射频磁控溅射法在玻璃基板上沉积Cu-Al-O薄膜;通过WDS、XRD、XPS、四点探针、霍尔效应及UV-vis光谱等分析Al含量对薄膜成分、晶体结构以及光电特性的影响。结果表明,薄膜中Al含量随Cu片数量增多由0增至19.35%;薄膜的晶体结构随着Al含量增加,由CuO相转变为非晶态;电阻率随着Al含量增加,由0.49Ω·cm增至11.78Ω·cm;Cu-Al-O薄膜为p型导电;可见光透射率随Al含量增加由19.98%增加至74.11%,光学能隙由2.09 eV增至2.88 eV。
【文章来源】：粉末冶金工业. 2020,30(01)北大核心
【文章页数】：4 页
【部分图文】：
Cu-Al-O薄膜的XRD图谱
图2为试样A(Al含量0）与试样D(Al含量19.35%）的XPS图谱。由图2可知，Cu 2p1/2、Cu 2p3/2及Shake-up峰的结合能分别位于932.23 eV、952.17 eV及942.88 eV处，与Tang等[18]得出的这些峰值位置为933 eV、953 eV及943 eV的结论基本吻合。此外，试样A存在Shake-up峰，原因是该试样是以纯Cu靶溅射所得，含有大量Cu2+；试样D不存在该衍射峰，原因是在该试样中较多的Al3+有效置换Cu2+位置，导致薄膜中所含Cu2+大量减少，从而使得Shake-up峰强度大为减弱而不易检测。2.4 导电性能分析
式中：α为材料的吸收系数，hν为光子能量，A为常数，Eg为光学能隙；n则取决于材料的透射类型，直接能隙n=2，间接能隙n=1/2;Yu等[18]指出p型CuAlO2为直接能隙材料，n=2，经计算得到Al-Cu-O薄膜的光学能隙如表3所示。由表3可知，本文所得薄膜的光学能隙高于Buljan等[19]所得CuO与Cu2O的能隙，并非常接近Yu等[18]所得CuAlO2的能隙（2.9～3.5 eV）；虽然其成分接近CuAlO2相，但其能隙还是略低于CuAlO2能隙。Banerjee等[20]指出不同粒径大小的CuAlO2其能隙也有所差别，粒径减小会使薄膜能隙蓝移；由本文所得XRD图谱可知Al掺杂进薄膜后衍射峰开始宽化，表示晶粒尺寸随Al含量增加而变小，所以CuAl-O薄膜的能隙随之变小。
【参考文献】：
期刊论文
[1]高功率脉冲复合直流磁控溅射制备类金刚石薄膜的结构与性能[J]. 高迪,林松盛,许伟,邹俭鹏,杨洪志. 粉末冶金工业. 2019(01)
[2]FeSiAl抗电磁干扰柔性软磁薄膜的研究[J]. 周小文,邹科,朱代漫,贾立颖,王倩,黄可淼,胡国辉,熊君,刘荣明,李炳山. 金属功能材料. 2018(05)
[3]大面积FTO透明导电薄膜制备技术研究进展[J]. 李建生,刘炳光,王少杰,卢俊锋,田茂. 无机盐工业. 2017(08)
[4]高分散型钇修饰氧化铋纳米材料的制备及其可见光降解染料研究[J]. 李玉生,郭小惠,郭贵宝. 无机盐工业. 2017(05)
[5]多层复合透明导电薄膜研究进展[J]. 路万兵,蒋树刚,王佩,于威,刘啸宇,武利平,丁文革,傅广生. 科学通报. 2017(05)
[6]钙钛矿太阳电池光吸收层纳米材料研究进展[J]. 刘炳光,李建生,刘希东,卢俊锋,田茂. 无机盐工业. 2016(12)
[7]衬底温度对CuAlO2薄膜的结构与光学性能的影响[J]. 徐继承,谢致薇,杨元政. 电子元件与材料. 2016(07)
[8]单晶Fe3O4超薄膜的制备与磁性研究[J]. 张贤楠,刘思润,谢娟,张宪民. 金属功能材料. 2016(02)
[9]透明导电氧化物薄膜材料研究进展[J]. 刘宏燕,颜悦,望咏林,伍建华,张官理,厉蕾. 航空材料学报. 2015(04)
[10]PLD制备CuAlO2薄膜的结构与性能研究[J]. 邹友生,汪海鹏,张亦弛,嘉蓉. 真空科学与技术学报. 2014(09)
本文编号：3627207
【文章来源】：粉末冶金工业. 2020,30(01)北大核心
【文章页数】：4 页
【部分图文】：
Cu-Al-O薄膜的XRD图谱
图2为试样A(Al含量0）与试样D(Al含量19.35%）的XPS图谱。由图2可知，Cu 2p1/2、Cu 2p3/2及Shake-up峰的结合能分别位于932.23 eV、952.17 eV及942.88 eV处，与Tang等[18]得出的这些峰值位置为933 eV、953 eV及943 eV的结论基本吻合。此外，试样A存在Shake-up峰，原因是该试样是以纯Cu靶溅射所得，含有大量Cu2+；试样D不存在该衍射峰，原因是在该试样中较多的Al3+有效置换Cu2+位置，导致薄膜中所含Cu2+大量减少，从而使得Shake-up峰强度大为减弱而不易检测。2.4 导电性能分析
式中：α为材料的吸收系数，hν为光子能量，A为常数，Eg为光学能隙；n则取决于材料的透射类型，直接能隙n=2，间接能隙n=1/2;Yu等[18]指出p型CuAlO2为直接能隙材料，n=2，经计算得到Al-Cu-O薄膜的光学能隙如表3所示。由表3可知，本文所得薄膜的光学能隙高于Buljan等[19]所得CuO与Cu2O的能隙，并非常接近Yu等[18]所得CuAlO2的能隙（2.9～3.5 eV）；虽然其成分接近CuAlO2相，但其能隙还是略低于CuAlO2能隙。Banerjee等[20]指出不同粒径大小的CuAlO2其能隙也有所差别，粒径减小会使薄膜能隙蓝移；由本文所得XRD图谱可知Al掺杂进薄膜后衍射峰开始宽化，表示晶粒尺寸随Al含量增加而变小，所以CuAl-O薄膜的能隙随之变小。
【参考文献】：
期刊论文
[1]高功率脉冲复合直流磁控溅射制备类金刚石薄膜的结构与性能[J]. 高迪,林松盛,许伟,邹俭鹏,杨洪志. 粉末冶金工业. 2019(01)
[2]FeSiAl抗电磁干扰柔性软磁薄膜的研究[J]. 周小文,邹科,朱代漫,贾立颖,王倩,黄可淼,胡国辉,熊君,刘荣明,李炳山. 金属功能材料. 2018(05)
[3]大面积FTO透明导电薄膜制备技术研究进展[J]. 李建生,刘炳光,王少杰,卢俊锋,田茂. 无机盐工业. 2017(08)
[4]高分散型钇修饰氧化铋纳米材料的制备及其可见光降解染料研究[J]. 李玉生,郭小惠,郭贵宝. 无机盐工业. 2017(05)
[5]多层复合透明导电薄膜研究进展[J]. 路万兵,蒋树刚,王佩,于威,刘啸宇,武利平,丁文革,傅广生. 科学通报. 2017(05)
[6]钙钛矿太阳电池光吸收层纳米材料研究进展[J]. 刘炳光,李建生,刘希东,卢俊锋,田茂. 无机盐工业. 2016(12)
[7]衬底温度对CuAlO2薄膜的结构与光学性能的影响[J]. 徐继承,谢致薇,杨元政. 电子元件与材料. 2016(07)
[8]单晶Fe3O4超薄膜的制备与磁性研究[J]. 张贤楠,刘思润,谢娟,张宪民. 金属功能材料. 2016(02)
[9]透明导电氧化物薄膜材料研究进展[J]. 刘宏燕,颜悦,望咏林,伍建华,张官理,厉蕾. 航空材料学报. 2015(04)
[10]PLD制备CuAlO2薄膜的结构与性能研究[J]. 邹友生,汪海鹏,张亦弛,嘉蓉. 真空科学与技术学报. 2014(09)
本文编号：3627207
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/cailiaohuaxuelunwen/3627207.html
