P-CuAlO 2 薄膜的磁控溅射沉积及表征
发布时间：2021-11-27 13:57
p型CuAlO2作为一种新型半导体材料,在全透明器件上具有很好的应用前景,然而,由于材料制备困难、电导率低、不同制备方法获得的薄膜性能差异很大等因素导致其应用受到限制,因此,制备以及研究CuAlO2材料具有重要意义。本文以纯度为99.9%的Cu2O、Al2O3和ZnO粉体为实验原料,通过固相烧结反应法两次煅烧成功制备了 Zn掺杂的CuAlO2靶材,并通过磁控溅射法在石英玻璃衬底上制备了 Zn掺杂的CuAlO2薄膜。使用XRD、SEM、Hall等表征方法对靶材及薄膜进行了结构和性能表征。论文取得了以下研究成果:1、研究了不同浓度Zn掺杂对靶材结构、表面形貌、电学特性以及磁性的影响。结果表明,Zn的掺杂不仅会导致CuAlO2靶材电阻率和晶粒增大,而且还会使靶材表现出明显的磁性,且随着掺杂浓度的增加其矫顽力值先减小后增大。当掺杂浓度为10%时,CuAlO2靶材矫顽力值达到最大为95.8 Oe。2、研究了不同氩氧比对制备的CuAlO2薄膜物相组成、表面形貌、光学以及电学性能的影响。实验结果表明:当氩氧比为40:10时,薄膜结晶度较高,晶粒较大,薄膜质量较好,适当的氩氧比有利于薄膜成核结晶。紫外...
【文章来源】：西安理工大学陕西省
【文章页数】：64 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
未掺杂CuAlO2靶材与Zn掺杂CuAlO2靶材实物，a:10%,b:7%,c:5%,d:3%Zn掺杂Fig.2-1CuAlO2targetmaterialofundopedadZn-dopedwitha:10%,b:7%,c:5%,d:3%,respectively
2CuAlO2靶材及薄膜的制备以及表征手段9也会进一步与CuAl2O4反应生成CuAlO2，当退火温度高于1100℃时，CuO会从固相混合物中分解和蒸发，但是退火过程中氧气的存在会使得中间相CuAl2O4的生成。其可能发生的反应过程如下所示：CuOOOCu22122（2-2）2322Cu2CuAlOOAlO（2-3）4232AlCuOOCuAlO（2-4）2242212OCuAlOOCuAlCuO（2-5）这些复杂化学反应使得纯相的CuAlO2靶材难以制备。图2-2CuAlO2靶材XRD图谱Fig.2-2XRDpatternofundopedCuAlO2target2.2薄膜的制备2.2.1实验设备CuAlO2薄膜的制备采用SY型500W射频功率源磁控溅射仪。该溅射仪主要由溅射腔体以及控制系统组成。腔体内置3个靶头，最多可3个靶材同时共溅射。腔体内可通入反应气体。控制台可以设置仪器的真空度、衬底温度、通入气流流量和溅射功率等基本参数，实验设备如图2-3所示。
西安理工大学硕士学位论文10图2-3磁控溅射仪实物图Fig.2-3Pictureofmagnetronsputteringinstrument磁控溅射的CuAlO2薄膜一般都是非晶，要形成性能良好的CuAlO2晶体，就要对薄膜进行退火。本文对CuAlO2薄膜退火的仪器型号为OTF-1200X，该仪器配备了三通道流量控制器来控制其气体流量的大小以确保退火氛围，如图2-4。我们选用了700℃、800℃和900℃三个退火温度，并分别在氮气、空气氛围下退火。薄膜退火的具体操作步骤为：1、打开退火舱，将需要退火的CuAlO2薄膜依次放入炉内，关闭退火炉并打开机械泵将退火炉抽至真空状态；2、在退火设备的温度设置部分，设置三个温区的退火温度，分别为700℃、800℃、900℃；3、关闭机械泵和机械泵抽气口的阀门，依次打开氮气气瓶阀门以及三通道气流控制器的电源开关，打开截止阀和氩气气瓶的进气口阀门，在仪器屏幕上设置气体流量参数；4、待到氩气气流充满退火炉，打开机械泵以及加热设备，开始三个温区同时加热；5、待退火自然冷却至室温，打开退火炉取出薄膜样品。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于CuO/ZnO异质结纳米花的薄膜型丙酮传感器研究[J]. 胡明江,晋兵营. 分析化学. 2019(03)
[2]烧结温度对CuAlO2陶瓷电性能的影响[J]. 朱满康,马丙闯,郑木鹏,侯育冬. 北京工业大学学报. 2019(02)
[3]离子液体对PbO2电沉积形核生长过程的影响研究[J]. 薛娟琴,张健,王磊,于丽花,唐长斌,毕强. 材料研究学报. 2017(10)
[4]GaAs PHEMT材料电子迁移率的非接触测试[J]. 张培凤,崔琦. 半导体技术. 2014(06)
[5]PLD法在不同氧分压下制备ZnO薄膜的XPS分析[J]. 何建廷,杨淑连,魏芹芹,宿元斌. 电子元件与材料. 2013(08)
[6]掺铝氧化锌薄膜的制备及应用研究进展[J]. 李哲,刘辉. 云南化工. 2008(02)
本文编号：3522428
【文章来源】：西安理工大学陕西省
【文章页数】：64 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
未掺杂CuAlO2靶材与Zn掺杂CuAlO2靶材实物，a:10%,b:7%,c:5%,d:3%Zn掺杂Fig.2-1CuAlO2targetmaterialofundopedadZn-dopedwitha:10%,b:7%,c:5%,d:3%,respectively
2CuAlO2靶材及薄膜的制备以及表征手段9也会进一步与CuAl2O4反应生成CuAlO2，当退火温度高于1100℃时，CuO会从固相混合物中分解和蒸发，但是退火过程中氧气的存在会使得中间相CuAl2O4的生成。其可能发生的反应过程如下所示：CuOOOCu22122（2-2）2322Cu2CuAlOOAlO（2-3）4232AlCuOOCuAlO（2-4）2242212OCuAlOOCuAlCuO（2-5）这些复杂化学反应使得纯相的CuAlO2靶材难以制备。图2-2CuAlO2靶材XRD图谱Fig.2-2XRDpatternofundopedCuAlO2target2.2薄膜的制备2.2.1实验设备CuAlO2薄膜的制备采用SY型500W射频功率源磁控溅射仪。该溅射仪主要由溅射腔体以及控制系统组成。腔体内置3个靶头，最多可3个靶材同时共溅射。腔体内可通入反应气体。控制台可以设置仪器的真空度、衬底温度、通入气流流量和溅射功率等基本参数，实验设备如图2-3所示。
西安理工大学硕士学位论文10图2-3磁控溅射仪实物图Fig.2-3Pictureofmagnetronsputteringinstrument磁控溅射的CuAlO2薄膜一般都是非晶，要形成性能良好的CuAlO2晶体，就要对薄膜进行退火。本文对CuAlO2薄膜退火的仪器型号为OTF-1200X，该仪器配备了三通道流量控制器来控制其气体流量的大小以确保退火氛围，如图2-4。我们选用了700℃、800℃和900℃三个退火温度，并分别在氮气、空气氛围下退火。薄膜退火的具体操作步骤为：1、打开退火舱，将需要退火的CuAlO2薄膜依次放入炉内，关闭退火炉并打开机械泵将退火炉抽至真空状态；2、在退火设备的温度设置部分，设置三个温区的退火温度，分别为700℃、800℃、900℃；3、关闭机械泵和机械泵抽气口的阀门，依次打开氮气气瓶阀门以及三通道气流控制器的电源开关，打开截止阀和氩气气瓶的进气口阀门，在仪器屏幕上设置气体流量参数；4、待到氩气气流充满退火炉，打开机械泵以及加热设备，开始三个温区同时加热；5、待退火自然冷却至室温，打开退火炉取出薄膜样品。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于CuO/ZnO异质结纳米花的薄膜型丙酮传感器研究[J]. 胡明江,晋兵营. 分析化学. 2019(03)
[2]烧结温度对CuAlO2陶瓷电性能的影响[J]. 朱满康,马丙闯,郑木鹏,侯育冬. 北京工业大学学报. 2019(02)
[3]离子液体对PbO2电沉积形核生长过程的影响研究[J]. 薛娟琴,张健,王磊,于丽花,唐长斌,毕强. 材料研究学报. 2017(10)
[4]GaAs PHEMT材料电子迁移率的非接触测试[J]. 张培凤,崔琦. 半导体技术. 2014(06)
[5]PLD法在不同氧分压下制备ZnO薄膜的XPS分析[J]. 何建廷,杨淑连,魏芹芹,宿元斌. 电子元件与材料. 2013(08)
[6]掺铝氧化锌薄膜的制备及应用研究进展[J]. 李哲,刘辉. 云南化工. 2008(02)
本文编号：3522428
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