论文题目: NiO基半导体光电薄膜的制备及性能研究
论文类型: 硕士论文
论文专业: 材料物理与化学
作者: 何作鹏
导师: 季振国
关键词: 镍基氧化物薄膜,能带调节,电致变色,太阳盲区,紫外探测,溶胶凝胶
文献来源: 浙江大学
发表年度: 2005
论文摘要: 氧化镍是具有典型3d电子结构的氧化物,是一种P型氧化物半导体材料,Ni0被广泛应用于透明导电膜,电致变色器,气体敏感等领域。本文综合论述了NiO、MgxNi1-xO、CuxNi1-xO的制备方法以及最新相关研究的最新进展和应用前景。研究了热处理温度对NiO薄膜的结晶状态、光学性质的影响;结果表明,NiO薄膜的在一定温度下,呈现择优取向生长趋势,晶粒尺寸随着热处理温度的升高而增大;但热处理温度过高,NiO薄膜与衬底发生反应生成Ni2SiO4,反而导致晶粒尺寸减小;与此同时,NiO薄膜的光学禁带宽度随着晶粒尺寸的增大而变小。为了调节NiO薄膜的禁带宽度,使之适应不同应用的需要,我们尝试通过掺杂调节NiO薄膜的禁带宽度。通过在NiO中掺Mg形成了MgxNi1-xO固溶体,成功实现了NiO禁带宽度向高端移动。实验结果表明,当Mg含量在0. 2-0. 3之间时,MgxNi1-xO薄膜的禁带宽度处于240-280nm,正好处于目盲光谱范围。光谱响应测试表明,Mg0. 3Ni0. 7O对太阳光不敏感,而对254nm的紫外光具有很好的响应特性,电阻变化高达40%。以上结果说明MgxNi1-x是一种具有潜在应用前景的太阳盲区紫外探测器用材料。另一方面,我们通过在NiO中掺Cu,形成了CuxNi1-xO,成功使得NiO的禁带宽度向低端移动。实验结果表面,当Cu含量的在0-0. 2时,CuxNi1-xO薄膜的光谱响应范围从紫外光谱阶段向可见波段移动,同时,薄膜仍保持良好的电致变色性能。电致变色性能测试结果显示,Cu0. 2Ni0. 8O薄膜具有最好的电致变色特性,且薄膜的着色深度随Cu的含量增加而变大。 因此CuxNi1-xO是一种具有应用前景的禁带宽度可调的电致变色材料。利用在NiO中掺入Mg和Cu,可以在3. OeV-5. 0cV范围内调节NiO基薄膜的禁带宽度,有望在宽禁带异质结、量子阱器件等方面得到应用。
论文目录:
第一章 文献综述
1． 1． 引言
1． 2． NiO的性质
1． 2． 1． NiO晶体结构
1． 2． 2． NiO薄膜的光电性质
1． 2． 3． NiO薄膜的气敏性质
1． 2． 4． NiO薄膜的电致变色性能
1． 2． 4． 1 NiO薄膜材料的电致变色机理
1． 2． 4． 2 NiO电致变色的理论解释
1． 2． 4． 3 常见的电致变色材料
1． 2． 4． 4 电致变色器件的研究现状及其应用
1． 2． 4． 5 电致变色器件的应用及其发展前景
1． 1． 5． NiO变色薄膜的研究进展
1． 3． NiO薄膜制备技术简介
1． 3． 1 磁控溅射(Magnetron Sputtering)
1． 3． 2 喷雾热解(Spray Pyrolysis)
1． 3． 3 化学气相沉积(CVD)
1． 3． 4 分子束外延(MBE)技术
1． 3． 5 原子层外延生长法(ALE)
1． 3． 6 脉冲激光沉积(PLD)
1． 3． 7 溶胶凝胶(Sol-gel)
第二章 溶胶凝胶成膜原理与工艺
2． 1 溶胶凝胶制备薄膜的原理
2． 2 溶胶凝胶制备NiO及合金薄膜的工艺
2． 2．1 溶胶的制备
2． 2． 2 溶胶凝胶制备薄膜的方法
2． 2． 3 薄膜的热处理
2． 3 溶胶性质和工艺参数对薄膜的影响
2． 3． 1 溶胶性质对薄膜的影响
2． 3． 2 提拉速度对薄膜厚度的影响
2． 3． 3 热处理温度对薄膜性能的影响
2． 4 本章小节
第三章溶胶一凝胶提拉法制备氧化镍薄膜及性能表征
3． 1 引言
3． 2 实验过程
3． 2． 1． 实验设备
3． 2． 2． 实验原料
3． 2． 3． 实验主要步骤
3． 3 薄膜的性能测试
3． 3． 1 XRD测试
3． 3． 1． 1． XRD测试原理
3． 3． 1． 2． 热处理温度对NiO结晶性能的影响
3． 3． 2 UV-Vis测试
3． 3． 2． 1． UV-Vis测试原理
3． 3． 2． 2． 处理温度对NiO吸收谱的影响
3． 3． 2． 3． 晶粒大小与薄膜禁带宽度的关系
3． 4 本章小节
第四章 MgxNi1-xO合金薄膜日盲紫外探测器的制备与性能表征
4． 1 引言
4． 2 紫外探测器的原理
4． 3 常见的日盲紫外探测器
4． 4 实验过程
4． 4． 1． 实验设备
4． 4． 2． 实验原料
4． 4． 3． 实验主要步骤
4． 5 MgxNi1-xO合金薄膜的性能测试
4． 5． 1 MgO晶体结构
4． 5． 2 薄膜的成分分析
4． 5． 2． 1 XPS(X-ray photon spectrum)测试
4． 5． 2． 1． 1． XPS测试原理
4． 5． 2． 1． 2． XPS的元素的定性与定量分析
4． 5． 2． 1． 3． Mg03Ni07O薄膜的XPS测试结果
4． 5． 2． 2 XRD测试
4． 5． 2． 1． 1 热处理温度对MgxNi1-xO薄膜晶体结构的影响
4． 5． 2． 1． 2 不同Mg含量对薄膜结晶性能的影响
4． 5． 2． 3 UV-Vis测试
4． 5． 2． 3． 1 Mg含量对薄膜光学性能的影响
4． 5． 2． 3． 2 热处理温度对薄膜光学性质的影响
4． 5． 2． 3． 3 Mg含量对薄膜禁带宽度的影响
4． 5． 2． 4 光电响应特性测试
4． 5． 2． 4． 1． 原位器件的制备
4． 5． 2． 4． 2． 薄膜的光谱特性
4． 6 本章小节
第五章 CuxNi1-xO合金薄膜制备与性能表征
5． 1 引言
5． 2 实验过程
5． 2． 1 溶胶制备
5． 2． 2 衬底清洗
5． 2． 3 薄膜制备过程
5． 3 薄膜的性能测试
5． 3． 1 Cu含量的对薄膜的结晶性能的影响
5． 3． 2 Cu含量的对薄膜UV-Vis谱的影响
5． 3． 3 电致变色性能测试
5． 3． 3． 1 实验过程与设备
5． 3． 3． 2 Cu含量对薄膜电致变色性能的影响
5． 3． 3． 3 Cu0． 2Ni0． 8O薄膜的响应谱
5． 4 本章小节
第六章 结论
参考文献
攻读硕士期间公开发表和已录用的学术论文
致谢
发布时间: 2005-04-29
参考文献
- [1].NiO薄膜的制备及其掺杂技术研究[D]. 汤海鹰.长春理工大学2013
- [2].NiO薄膜的制备及其光学特性的研究[D]. 刘楠.长春理工大学2012
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