磁控溅射法制备几种金属、金属氧化物薄膜及其性质研究

论文摘要

金属与金属氧化物在气敏、光催化与太阳能电池等方面有着极为重要的应用,通过磁控溅射法制备的金属氧化物薄膜,具有纯度高、致密性好、可控性强、与基底附着性好等优点,因此磁控溅射技术被广泛应用于工业化生产制备大面积、高质量的薄膜。我们通过磁控溅射法制备了氧化铜纳米线阵列薄膜,并研究了其气敏性质;除此之外,我们还通过磁控溅射法制备了TiO2/WO3复合薄膜,研究了两者之间的电荷传输性质:基于磁控溅射法,我们主要开展了以下三个方面的工作:（1）采用磁控溅射法在掺氟二氧化锡导电玻璃（FTO）衬底上溅射金属铜薄膜,所制备的Cu薄膜通过在管式炉中退火氧化生长,可得到CuO纳米线阵列薄膜。用X射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、高分辨透射电子显微镜（HRTEM）对其形貌和结构进行了表征,并研究了这种通过磁控溅射法得到的CuO纳米线阵列薄膜对CO和H2S的气敏性质,研究结果表明:CuO纳米线阵列薄膜在250℃时对CO气体具有最强的气敏响应,并且当CO浓度增大时其气敏响应明显增强;而对于H2S气体,在常温下CuO纳米线阵列薄膜能够对低浓度的H2S气体响应,说明这种CuO纳米线阵列薄膜可以在常温、低浓度下探测H2S气体;与CO气体不同的是:当测试温度升高时,其电阻值在H2S气体氛围中迅速减小,我们对这种异常的电阻变化现象进行了解释。（2）采用双极脉冲磁控溅射法制备了TiO2、WO3与TiO2/WO3复合薄膜,我们采用瞬态光电压谱技术研究了三种薄膜在光照下光生电荷的动态传输特性,对于TiO2/WO3异质结薄膜,其瞬态光电压信号与TiO2、WO3的信号相反,其瞬态光电压值几乎为TiO2、WO3的3倍。这些现象说明TiO2与WO3之间形成的界面对光生电荷的分离起着重要的作用。我们对TiO2与WO3界面间的电荷传输与分离过程作了详细的讨论和解释。（3）利用磁控溅射法在硅基底上制备超薄金属铜薄膜,通过严格控制沉积时间从而实现控制膜厚的目的,探索磁控溅射法制备金属超薄膜的工艺和条件。研究结果表明:对于铜薄膜,溅射10秒未形成完整的薄膜,30秒后可形成致密、完整的薄膜;并且随着溅射电压的增大,粒径增大;同时我们也对电流、气压及靶基距对薄膜的影响作了分析;通过对这些金属超薄膜进行后期热氧化处理可以制备出金属铜与金属锌的氧化物薄膜。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第一章：绪论
• 1.1 引言
• 1.2 纳米材料的基本效应
• 1.3 金属氧化物纳米材料的制备方法
• 1.4 金属氧化物纳米材料的研究现状及应用
• 1.5 功能性薄膜目前存在的主要问题
• 1.6 论文的研究思路及主要内容
• 参考文献
• 第二章 氧化铜纳米线阵列薄膜的制备及其气敏性质
• 2.1 引言
• 2.2 磁控溅射法制备薄膜的原理及操作规程
• 2.3 实验部分
• 2.3.1 材料制备
• 2.3.2 材料表征
• 2.3.3 气敏特性测试结构
• 2.4 实验结果与讨论
• 2.4.1 形貌与结构
• 2.4.2 气敏性质表征
• 2.5 本章小结
• 参考文献
• 2/W0₃复合薄膜的动态电荷传输特性'>第三章 Ti0₂/W0₃复合薄膜的动态电荷传输特性
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 材料制备
• 3.2.2 材料表征
• 3.3 实验结果与讨论
• 3.3.1 形貌、结构与I-V 特性
• 3.3.2 紫外-可见吸收光谱
• 2/W0₃ 复合薄膜的动态电荷分离与传输'>3.3.3 Ti0₂/W0₃复合薄膜的动态电荷分离与传输
• 3.4 本章小结
• 参考文献
• 第四章 金属与金属氧化物超薄膜的制备
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 材料制备
• 4.2.2 材料表征
• 4.3 实验结果与讨论
• 4.3.1 薄膜的形成过程
• 4.3.2 薄膜粗糙度的研究
• 4.3.3 电压对粒径大小的影响
• 4.3.4 热氧化法制备金属氧化物
• 4.4 本章小结
• 参考文献
• 工作总结与展望
• 工作总结
• 存在问题与展望
• 硕士期间完成的论文
• 致谢