不同气氛保护下退火制备的CuO_SiO_2复合薄膜微观结构分析

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tio2薄膜_退火__解释说明以及概述

tio2薄膜_退火__解释说明以及概述

tio2薄膜退火解释说明以及概述1. 引言:1.1 概述本文旨在探讨和解释tio2薄膜的退火过程及其对薄膜性质的影响。

tio2薄膜作为一种重要的功能材料,在光电、光催化、电化学等领域具有广泛应用。

而退火作为一种常见的热处理方法,可以引起tio2薄膜结构和性能的变化,因此是研究和改善薄膜性能的关键步骤之一。

1.2 文章结构本文主要分为五个部分进行介绍。

首先,在引言部分先进行了概述,并解释了文章的目的。

接下来,在第二部分将详细介绍tio2薄膜以及退火对其性质的影响。

然后,第三部分将阐述tio2薄膜退火实验方法与步骤。

随后,在第四部分会对实验结果进行分析和讨论,包括观察表面形貌、比较光学和电学性质以及解读X射线衍射数据等方面。

最后,在第五部分给出本次研究的总结发现及启示,并展望未来可能的研究方向。

1.3 目的本文的主要目的是深入探讨和解释tio2薄膜退火过程中发生的物理变化和机制,并通过实验方法来验证这些变化对薄膜性质的影响。

通过结合实验结果和分析,希望能够增进对tio2薄膜退火行为的理解,并为进一步优化和改善薄膜性能提供参考和指导。

2. Tio2薄膜退火解释说明:2.1 Tio2薄膜的概念与特性:Tio2薄膜是由二氧化钛(Titanium Dioxide, TiO2)材料制成的一种薄片状结构。

它具有许多优异的性质,如高透明性、高折射率、低电阻率和良好的光催化活性等。

这些特性使得Tio2薄膜在许多应用领域具有广泛的用途,包括太阳能电池、传感器、光学涂层和催化剂等。

2.2 退火对Tio2薄膜的影响:退火是指通过加热材料然后缓慢冷却来改变材料的晶体结构和性质。

在Tio2薄膜中,退火过程对其微观结构和物理性质都会产生一定影响。

首先,退火可以减少或去除材料中的内部应力,提高了材料的稳定性和耐久性。

此外,由于Tio2晶体结构中存在一些非平衡位点或缺陷,经过退火处理后这些缺陷可能被修复或消除,从而改善了Tio2薄膜的光电性能。

CuO_SnO_2纳米复合光催化剂的制备及其催化性能

CuO_SnO_2纳米复合光催化剂的制备及其催化性能
采用共沉淀法制备 CuO- SnO2 纳米复合氧化物光 催化剂。将不同摩尔比的 SnCl4·5H2O 和 CuSO4·5H2O 混合, 并溶于尽可能少的去离子水中, 在搅拌状态下 缓慢滴加( 1: 1) 的氨水, 直至完全转化为沉淀。过滤, 然后用去离子水多次洗涤 ( 直至滤液中检测不到 Cl- 和 SO42- 为止) , 将此沉淀于 100℃烘干, 得到催化剂前 驱体, 再将催化剂前驱体在不同温度下焙烧不同时间, 即得到不同晶形的 CuO- SnO2 复合氧化物光催化剂。 1.3 催化剂的表征
Ab st r act s: The noval CuO- SnO2 nanocomposite photocatalysts were prepared by co- precipitation method. X- ray diffrac- tion, transmission electron microscopy and UV- Vis diffuse reflectance spectroscopy were employed to characterize the phase composition, particle size and optical absorption of the samples. Photocatalytic activity of CuO- SnO2 nano- composite oxide was assessed by using acid blue 62 as a simulated compound under the irradiation of Xe light. The effect of calcining tem- perature, calcining time and ingredient on catalytic activity was investigated. Results showed that the maximum specific pho- tocatalytic activity was obtained on CuO- SnO2 nanocomposite calcined at 500℃ for 3h with mol rate of 1: 1, which was much higher than that of Degussa P25 TiO2. Key wor d s: photocatalysis; CuO- SnO2; nano- composite oxide; acid blue 62

退火对TiO2薄膜形貌、结构及光学特性影响

退火对TiO2薄膜形貌、结构及光学特性影响

退火对TiO2薄膜形貌、结构及光学特性影响邢杰;卫会云;张笑妍;巩毛毛;周惟公;吴秀文;赵长春【摘要】利用射频磁控溅射技术在熔融石英基片上制备TiO<,2>薄膜,采用X射线衍射、扫描电子显微镜(SEM)、拉曼光谱以及透过谱研究了退火温度和退火气氛对TiO<,2>薄膜的结构、形貌和光学特性的影响.实验结果表明:在大气环境下退火,退火温度越.高,薄膜晶化越好,晶粒明显长大,温度高于700℃退火的薄膜,金红石相已明显形成.实验还发现,退火气氛对金红石相的形成是非常重要的,拉曼光谱反应出Ar气氛退火,抑制了金红石晶相的发育,薄膜仍以锐钛矿相为主.Ar气氛退火的薄膜在可见光范围内的透过率比大气退火的要低,并且由透过率曲线推知:金红石的光学带隙约为2.8 eV,比锐钛矿的光学带隙小0.2 eV.【期刊名称】《物理实验》【年(卷),期】2011(031)005【总页数】6页(P10-14,17)【关键词】TiO2薄膜;金红石;锐钛矿;射频磁控溅射;退火【作者】邢杰;卫会云;张笑妍;巩毛毛;周惟公;吴秀文;赵长春【作者单位】中国地质大学(北京)矿物岩石材料开发应用国家专业实验室;材料科学与工程学院,北京,100083;中国地质大学(北京)材料科学与工程学院,北京,100083;中国地质大学(北京)材料科学与工程学院,北京,100083;中国地质大学(北京)材料科学与工程学院,北京,100083;中国地质大学(北京)材料科学与工程学院,北京,100083;中国地质大学(北京)材料科学与工程学院,北京,100083;中国地质大学(北京)材料科学与工程学院,北京,100083【正文语种】中文【中图分类】O484.1;O484.411 引言TiO2作为一种性能优异的无机功能材料,在光催化[1]、染料敏化太阳能电池[2]、自清洁[3]、光解水[4]等领域获得广泛研究,并取得巨大的进展.按结构,TiO2可以分为3种类型:板钛矿(B相)、锐钛矿(A相)、金红石(R相).但 TiO2薄膜中一般只存在锐钛矿和金红石2种晶相,不同晶相的TiO2薄膜性质差别较大.近年来,人们除了对TiO2粉体进行了大量的研究外,TiO2薄膜也被广泛研究.TiO2薄膜的制备方法有多种,如蒸发、化学气相沉积、溶胶-凝胶法、脉冲激光沉积、喷雾热分解法等[5-9].射频磁控溅射具有沉积速率高,重复性好,成膜条件和厚度易于控制以及便于大面积生产等优点,目前已有不少人利用此法制备了TiO2薄膜并对此做了大量的研究工作.如研究薄膜的沉积时间、沉积温度、氧分压、薄膜厚度等薄膜的结构和性能的影响[10-11],此外人们针对薄膜的掺杂改性做了大量的研究工作,并且取得了很大进展[12-17].本文将报道退火温度和退火气氛(即A r气氛退火和大气退火)对薄膜的结构及光学性能的影响.利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、拉曼光谱以及透过率等表征手段,对比研究退火温度、退火气氛对样品结构、形貌和光学特性的影响规律.2 样品制备与测量TiO2薄膜用北京科学仪器厂生产的磁控溅射仪JPGF-400制备,射频频率为13.56 M Hz.所用靶材是纯度为99.99%的 Ti靶,靶材直径为60 mm,厚度为5 mm.基片是10 mm×10 mm×1 mm的双抛熔融石英基片.在超声池中依次用丙酮、酒精、去离子水各清洗10 min基片,然后用吹风机吹干基片,传入真空室.在沉积之前,溅射腔内的背底真空抽到4.0×10-3 Pa,然后利用电阻丝加热升高衬底温度至目标温度,待稳定后通入A r气,流量可通过质量流量计来控制.在每次溅射前,要进行10 min 的预溅射以除去 Ti靶表面的污染物.实验所制得的薄膜样品的制备条件为:溅射温度为600℃,A r与 O2的分压比为9∶1,射频功率是80 W,溅射气压保持在2 Pa,溅射时间为6 h,薄膜厚度约为120 nm.随后,对以上所得样品在不同条件下进行退火处理,如表1所示.在A r气氛下退火是指在玻璃管中充入1.01×105 Pa的A r气,然后封管退火.在大气中退火是在大气环境中进行的.薄膜的晶体结构由XRD和拉曼光谱来确定,薄膜的表面形貌由SEM测试表征.表1 TiO2薄膜的退火条件及基本特征参量样品退火条件 R(110)峰位 R(110)峰半高全宽晶粒尺寸S1 600℃,Air,12 h S2 700 ℃,A r,12 h 27.531° 0.255° 32 nm S3 900 ℃,A r,1 h 27.480° 0.221° 40 nm S4 700 ℃,Air,12 h 27.463° 0.204° 44 nm S5 900 ℃,Air,1 h 27.429° 0.153° 54 nm3 实验结果和讨论图1是5个样品的XRD衍射图样.根据衍射图样可看出:对于600℃大气退火的样品S1,锐钛矿(101)和(004)衍射峰已经明显形成,没有明显的金红石相,随着退火温度提高到700℃,A r气氛退火的样品 S2原有的锐钛矿(101)和(004)衍射峰变弱,同时出现了明显的金红石(110)衍射峰,表明金红石相开始形成,但峰强度比较弱.同样是A r气氛退火,温度升高到900℃得到的样品 S3中锐钛矿(101)峰几乎消失了,(004)峰继续变弱,但是在36.167°出现了1个新的锐钛矿(103)衍射峰,同时金红石相(110)衍射峰进一步得到增强,金红石(211)晶相也出现了.相对比,在大气中退火的2个样品S4和S5,金红石相(110)衍射峰得到明显增强,并且峰型锐化,样品S4中除了大量的金红石相外,还混有微量的锐钛矿晶相(103),而样品S5已经全部转化为金红石相.Scherrer公式[15]为D=kλ/B cosθ,D 是平均晶粒尺寸,λ是X射线波长(0.154 05 nm),B是衍射峰的半高全宽,θ是衍射角,k是Scherrer常量,对于大多数晶体来说 k近似取0.9.由(110)衍射峰的特征参量(见表1),利用 Scherrer公式可以粗略估计样品S2~S5的晶粒尺度分别是32,40,44,54 nm,可以看到衍射晶粒随着衬底温度的升高呈现增长的趋势.此外,在大气中退火的样品,晶粒要明显大于在A r气氛中退火的样品,这说明氧气对于晶粒的成熟、发育和生长是非常重要的.图1 样品的XRD图图2给出的是样品S1~S5的 SEM图,从图中可以直观地看到它们的微观形貌随退火温度和退火气氛的变化.样品S1,S2和S3的晶粒边角圆滑,颗粒均匀,直径在30 nm左右,多为锐钛矿相;而样品S4和S5的晶粒则明显大得多,晶粒大小不一,表面凹凸不平,棱角分明,是典型的金红石形貌.将样品S1和S4,S5作对比,在同样的大气气氛中退火,随着温度的升高,晶粒在逐渐长大,700℃时已经明显出现金红石相.在A r气氛下退火的样品S2和S3,尽管晶粒都比较小,但是还是可以看得出来900℃退火的样品晶粒尺度要略大.而且分别对比样品S2和S4,S3和S5,可以清楚地看到相同温度下,退火气氛对晶粒的发育和生长起重要作用.A r气氛下退火严重地抑制了晶粒的生长,因为构成 TiO2薄膜的氧元素在退火过程中缺失了,影响了 Ti—O—Ti 键的结构,这和XRD所给出的结果是一致的.为了进一步确认薄膜的物相组成,对其进行了拉曼光谱测试,拉曼光谱是光照射到物质上发生的非弹性散射,它与晶体的晶格振动密切相关,只有一定的晶格振动模式才能引起拉曼散射,利用拉曼光谱可以研究纳米材料的结构、晶型和键态特征,它在探测纳米尺度晶粒的生长及晶型转变方面要比XRD技术更敏感.锐钛矿相和金红石相有明显不同的拉曼光谱,可以作为它们的特征指纹.金红石结构是四方晶系,它的空间群是D4h14(P42/mnm),它有4个拉曼活性模式:A1g(612 cm-1),B1g(143 cm-1),B2g(826 cm-1)和Eg(447 cm-1).锐钛矿是四方晶系,空间群是D4h19(I41/amd),它有6个模式是拉曼活性的,分别是 A1g(519 cm-1),2B1g(399 cm-1和519 cm-1),3Eg(144 cm-1,197 cm-1和639 cm-1)[18].图2 样品S1~S5的扫描电镜照片图3 样品的拉曼光谱图3为5个样品的拉曼图谱,由图3知样品S1经退火后已经晶化为锐钛矿结构,样品 S1在143,199,395,514,633 cm-1处出现锐钛矿特征峰,143 cm-1是 O—Ti—O变角振动峰,强度最大,相比于单晶体材,高频拉曼峰位都有不同程度的红移,这是由于量子尺寸效应造成的,是晶粒生长的反映[19].样品S2,S3和S1对比,锐钛矿特征峰强度变低,峰型宽化,这是由于薄膜中存在大量氧缺陷导致的结晶性变差的结果,并且151 cm-1处的Eg模式出现明显蓝移,通常低频拉曼峰的蓝移被认为是由于声子限域效应造成的,文献[20]讨论了143 cm-1附近的Eg模式的峰位及半高全宽随晶粒尺寸变化的趋势,随着晶粒尺寸的减小,峰位蓝移且峰型出现不对称地宽化.但是我们认为这里的低频Eg模式的蓝移是由于氧缺陷导致的,因为从XRD数据和SEM 图来看,样品S2和S1的晶粒尺寸差不多,在30~40 nm,理论计算表明这个尺度引起的拉曼峰的移动和宽化还是不明显的,量子限域效应主要是对小于10 nm的晶粒作用显著[20].氧缺陷同样会引起拉曼峰的移动和宽化[21],因为大量氧缺陷会改变晶格有序性,限制了声子的关联长度,而样品S2和S3是在1.01×105 Pa的A r气氛下退火得到的,因此氧缺陷大量存在,我们认为这是导致Eg模式移动的主要原因.样品S3的拉曼谱仍主要是锐钛矿的振动模式,峰型较 S2进一步宽化,在 395~633 cm-1处的拉曼峰出现了畸变,与样品 S4和S5的拉曼谱对比知此时样品中含有少量的金红石相,此外这个样品在218 cm-1和284 cm-1处出现了2个新的峰位,这可能是由于晶格缺陷引起的局域振动模式.样品S4和S5是典型的 TiO2金红石相的拉曼谱,在442 cm-1和610 cm-1处的拉曼峰强度高而且峰型锐利,峰位和半高全宽与单晶体材比较接近,意味着金红石相发育成熟,样品S4在514 cm-1和143 cm-1处仍有比较弱的锐钛矿的拉曼峰,表明该样品还有少量锐钛矿相,这和XRD数据是一致的,234 cm-1处的宽峰是双声子过程引起的.为了进一步考查退火气氛和温度对其光学特性的影响,测量了 S2~S5样品的透过率曲线,如图4所示.从透过率曲线可以明显看出:4个样品在紫外区(<400 nm)是高吸收的,对可见光透明,透过率曲线的振荡是由于光在薄膜上下表面干涉的结果.样品S4在可见光区间平均透过率达到70%,在S2~S5中是最高的,样品 S2和 S3是A r气氛下退火的2个样品,S3在可见光范围内的透过率只有60%,而S2只有50%,这是由于薄膜在A r气氛下退火丧失了部分氧,因此晶格中存在很多 Ti3+,该杂质能级引起了薄膜对可见光的吸收[22].S2退火时间较长(12 h),因此氧的流失更严重,导致了薄膜对可见光的吸收进一步增强.样品S5的透过率也较低,平均在60%,这是由于样品S5中金红石颗粒比较大,对光的散射加强,因此透过率变差,这从薄膜略带白色也可以反映出来.Tauc 公式为(αhν)1/2=B(hν-E g),这里α是吸收系数,它可以从透过率数据中得到,h是Plank常量,ν是光的频率,B是比例系数,E g为带隙. 利用(αhν)1/2-hν曲线(如图4 中的插图所示),可以进一步获得它们带隙的特征,图中曲线的线性部分外延至横轴,交点处即为带隙.得到样品S2和S3的带隙为3 eV,而 S4和 S5的带隙分别为2.85 eV和2.7 eV.由XRD和拉曼谱可知:样品 S2和 S3是锐钛矿相,而 S5是金红石相,S4以金红石相为主,尽管颗粒还比较小.金红石的光学带隙比锐钛矿的带隙略小(约0.2 eV),这和文献的结果是一致的[23].图4 样品S2~S5的透过率谱4 结论利用磁控溅射技术在石英衬底上生长了TiO2薄膜,并且分别在600℃,700℃,900℃,以及大气和A r气氛下进行了退火处理,制得5个不同样品,讨论了退火温度和退火气氛对其形貌、结构和光学吸收谱的影响.实验表明:600℃大气退火的 TiO2薄膜仍为单一的锐钛矿相,而温度升高到700℃时,锐钛矿已大部分转变成金红石相,晶粒明显长大,但从 XRD和拉曼光谱可知,该样品还含有少量的锐钛矿相,此时薄膜在可见光范围内的透过率达到 70%,光学带隙为3 eV.而900℃大气退火的 TiO2薄膜已经全部为单一的金红石相,颗粒进一步长大,棱角更加分明,透过率降低,光学带隙约为2.8 eV.在A r气氛中退火的样品,无论是在700℃还是900℃退火,从XRD和拉曼光谱中都反映出样品的结晶性变差,特别是金红石相的形成更是受到了严重的抑制,这表明氧对锐钛矿和金红石相的形成是非常重要的.参考文献:【相关文献】[1] Sun Q,Xu YM.Evaluating intrinsic photocatalytic acitivities of anatase and rutile TiO2 fo r organic degradation in water[J].Journalof Physical Chemistry C,2010,114:18911-18918.[2] Shan GB,Demopoulos G P.Near-infrared sunlight harvesting in dye-sensitized solar cells via the insertion of an upconverter-TiO2 nanocomposite layer[J].Advanced Materials,2010,22:4373-4377.[3] Nejand B 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关于退火温度对VO_2薄膜制备及其电学性质影响的研究

关于退火温度对VO_2薄膜制备及其电学性质影响的研究

收稿日期:2005-10-26;修回日期:2005-11-23基金项目:国家自然科学基金(10475058)作者简介:王静(1979-),女,2003级硕士研究生.*通讯作者文章编号:0490-6756(2006)02-0365-06关于退火温度对VO 2薄膜制备及其电学性质影响的研究王 静,何 捷*,刘中华(四川大学物理系#辐射物理教育部重点实验室,成都610064)摘要:采用真空蒸发-真空退火工艺由V 2O 5粉末制备VO 2薄膜,研究了退火温度对薄膜的影响.经XRD,XPS 及电阻-温度测试发现,随退火温度的升高,VO 2薄膜先后经历了单斜晶系VO 2(B)型y 单斜晶系VO 2(A)型y 四方晶系VO 2的变化,在3种类型的薄膜中V 均以V 4+为主,且在VO 2(A)型薄膜中V 4+含量最高.薄膜电阻以退火温度460e 时为分界线,低于460e时,VO 2(B)型薄膜电阻和电阻温度系数随退火温度的升高而增大;高于460e 时,四方晶系VO 2薄膜的电阻及其电阻温度系数随退火温度的升高呈现相反的趋势.关键词:VO 2(A)型薄膜;VO 2(B)型薄膜;四方晶系VO 2的薄膜;退火温度中图分类号:O 484 文献标识码:A钒作为过渡金属元素可以和氧结合形成多种氧化物.各种钒的氧化物以其优异、独特的光电转换和热敏性能成为国内外功能材料研究的热点,其中对VO 2薄膜材料的研究最为广泛.VO 2材料有多种晶型,VO 2(A)型材料在低温条件下为半导体单斜金红石相,空间群为P21/c,当温度超过相变温度点(对于晶体为68e )时转变为空间群结构为P42/nmm 的金属金红石四方相,并伴随光、电、磁等物理性质的突变,且这一过程是可逆的,因此VO 2(A)型薄膜在智能窗口、光电开关等方面具有重要和潜在的应用前景[1].VO 2(B)型薄膜虽然在室温下也是单斜相,但其空间群为C2/m,与VO 2(A)型薄膜具有不同的晶格常数和空间对称性,由于结构的不同决定了两种薄膜具有完全不同的光电性质.VO 2(B)型薄膜不存在相变和热滞现象,没有电学、光学性质的突变,但具有良好的电阻率和适当的电阻温度系数(T CR),是研制非制冷红外探测器的优良材料[2].目前国内大多数研究主要集中在VO 2(A)型薄膜的制备和光电性质的研究方面,对于VO 2(B)型薄膜的研究还不多见,而国外在这方面的研究开展较早[3,4].我们初步研究了退火温度对VO 2薄膜制备的影响,在不同退火温度下制备出VO 2(B)型薄膜和VO 2(A)型薄膜,并在一定温度范围内生长出四方晶型的VO 2薄膜,空间结构属于P42/nmc 群,关于这种结构的VO 2薄膜还未见相关报道.文[5]表明,VO 2薄膜受工艺条件的影响极大,由于钒价态的多样性,使得制备严格化学配比的VO 2薄膜十分困难.我们以高纯V 2O 5(99199%)粉末为原料,采用真空蒸发-真空还原的方法制备出V 4+含量较高的VO 2薄膜,该方法设备简单,所用原材料价格低廉,具有较高的实用价值.1 实验与测试1.1 VO 2薄膜的制备2006年4月第43卷第2期四川大学学报(自然科学版)Journal of Sichuan University (Natural Science Edition)Apr.2006Vol.43 No.2实验制备VO 2薄膜工艺流程如图1所示.第一步,真空蒸发制备V 2O 5多晶薄膜.采用高纯V 2O 5粉末作为蒸发源,衬底温度为250e ,蒸发真空度优于10-3Pa,在Si(100)衬底上蒸镀V 2O 5薄膜.该温度下制备的V 2O 5薄膜经XRD 分析为沿{001}晶面择优生长的多晶薄膜.第二步,真空退火.将V 2O 5薄膜在管式真空炉中进行真空退火,升温阶段其升温速率约8e /m in,真空度优于1Pa,退火温度为410e ~530e ,温度波动小于015e ,恒温时间5h.最后使薄膜在真空条件下自然冷却降至室温.图1 真空蒸发-真空还原制备V O 2薄膜工艺流程F ig.1 V acuum evaporation and vacuum annealingprocess of V O 2t hin film1.2 分析与测试对以上所制备的薄膜进行物相、离子价态分析和膜厚测量,并测试其电阻-温度关系.(1)利用X 射线衍射仪(XRD)进行物相分析.XRD 采用Cu 靶的K A 谱线,波长为115406!,扫描范围为10b ~60b .(2)用XSAM800型X 射线光电子能谱仪(XPS)对薄膜进行离子价态分析.由于Ar +具有还原性,刻蚀薄膜会使V 离子的价态降低,所以XPS 物相分析采取薄膜的表面信息.束缚能由C 1s 束缚能(28416eV)进行校正.(3)用WJZ 多功能激光椭偏仪和干涉显微镜进行膜厚测量.由实验所制备样品的膜厚在1600!~2200!之间.(4)电阻-温度测试采用自制的升温装置及KELTHLEY 2000MULT IM ET ER 型电阻测量仪,温度指示采用Pt100热电偶,测试温度范围为27e ~90e .2 实验结果与分析2.1 退火温度对VO 2薄膜价态的影响图2 不同退火温度下薄膜的XPS 图谱 Fig.2 XPS spectrum of V O 2films annealed at deferent temperature 对不同退火温度下制备的VO 2薄膜进行XPS 窄程扫描,扫描范围为510eV ~530eV.图2为退火温度为410e ,460e ,530e 时所制备薄膜的V 2p 峰的XPS 能谱,由图2可见,随退火温度的升高,V 2p 峰逐渐向低能态方向漂移,表明薄膜中的V 不断被还原.这是由于在加热条件下薄膜不断吸收能量,使膜中一些较弱的V-O 键断开,O 从薄膜中析出,O,V 的比例下降,钒的价态也随之降低.为进一步研究膜中钒的价态,对退火温度为410e ,460e ,490e ,530e 时所制备薄膜的V 2p 3/2峰进行解谱分析(如图3所示).退火温度为410e时,在薄膜中的钒主要为V 4+和V 5+,四价钒的含量约为7111%,随退火温度的升高,V 4+的含量逐渐增加,至460e 时薄膜中除了极少量的过渡价态的钒[6,7]外,膜中V 4+的含量占90%以上.退火温度至490e 时过渡价态钒的含量增加,V 4+减少,其含量约为6911%;530e 时,在膜中除了V 4+和过渡价态外,可出现价态更低的V 3+,V 4+,V 3+和过渡价态3者在薄膜中的含量分别为5010%,3417%和1513%.由此可看出,在退火温度由460e 逐渐升高到530e 时,钒逐渐被还原成更低价态钒而存在于膜中.366四川大学学报(自然科学版)第43卷图3 V 2p 3/2峰的拟合曲线Fig.3 T he curve of the V 2p 3/2peak2.2 退火温度对VO 2薄膜结构的影响对退火温度为410e ,430e ,460e ,490e 和530e ,且退火时间均为5h 的薄膜进行XRD 结构分析,其结果如图4所示.由图可见,在Si(100)衬底上生长的VO 2薄膜均具有高度结晶取向,但在不同退火温度下制备的VO 2薄膜的结构相差很大,即退火温度不同,薄膜呈现出不同的晶态和结晶取向.在退火温度较低时(如图4(a)所示),受退火前V 2O 5薄膜生长取向的影响,薄膜仍为{001}面择优生长的单斜结构VO 2薄膜,即VO 2(B)型薄膜[8].当退火温度提高至460e 时,则得到{011}和{020}取向的单斜VO 2薄膜(如图4(c)所示),经电阻-温度测试,该薄膜有电阻突变现象,且有明显的热滞现象,即为VO 2(A)型薄膜.由文[9,10]报道:VO 2(B)型是介于V 2O 5和V 2O 3之间的一种亚稳态结构,可通过再退火或提高退火温度或改变退火时间等工艺将其转化为稳定的VO 2(A)型,这与我们的实验结果是相符的.实验中我们发现VO 2(A)型薄膜对退火温度非常敏感,仅存在于460e 左右很小的范围内.若继续提高退火温度,XRD 分析表明薄膜转变为沿{110}面择优生长的四方晶型VO 2薄膜(如图4(b)所示),晶格常数分别为a =b =81540!,c =71686!,空间结构属于P42/nmc 群,对比VO 2(A)型薄膜高温段的四方相,发现两者具有不同的晶格常数和空间对称性,关于这种四方相VO 2薄膜还未见相关报道.若继续提高退火温度至560e ,可制备出V 2O 3薄膜,这已在我们的实验中得到验证,图4(d)是退火温度为560e 及退火时间5h 条件下所制备薄膜的XRD 图谱,图中XRD 显示为V 2O 3多晶薄膜,结晶取向不明显.我们认为退火温度可改变薄膜的界面张力、界面能及表面能,尤其是表面能的改变,不仅使原子间距发生变化,而且使原子重新成键,从而改变了薄膜的晶格结构和对称性,使薄膜随退火温度的升高而经历了由VO 2(B)型到VO 2(A)型再到四方型VO 2的转变.利用X 衍射峰半高宽,由雪莱公式:D =k K cos H(式中D 为晶粒尺寸,H 为布拉格角,B 为衍射峰半高宽的宽度,K 为单色X 射线波长.k 为常数,一般取为019)可粗略计算薄膜的晶粒尺寸.附表中列举了退火时间为5h 和退火温度分别为410e ,430e ,460e ,490e 和530e 时,所制备薄膜的XRD 最强衍射峰的半高宽(FWH M)及由此计算所得的薄膜晶粒尺寸.367第2期王静等:关于退火温度对VO 2薄膜制备及其电学性质影响的研究图4 不同退火时间下V O 2薄膜的XRD 图谱Fig.4 XRD patterns of VO 2thin film annealedat defer ent temper ature由附表可见,在不同退火温度下所得VO 2薄膜的晶粒尺寸相差较大,结合XPS 和XRD 分析,我们可对此进行以下解释.在低温段410e ~460e 时随退火温度的升高,V 5+逐渐被还原成V 4+,缺陷减少[11],晶粒逐渐长大,薄膜趋于致密,结晶越来越好;退火温度为460e 时,V 4+含量最高,结晶最好.若继续升高温度,薄膜中过渡价态钒的含量开始增多,薄膜中出现较多的氧缺位[12],晶粒尺寸变小.退火温度到530e 时,薄膜中已含有相当比例的V 3+,膜中出现重结晶现象,氧缺位得到改善,晶粒尺寸又开始增大.通过以上分析可知,在退火温度为460e ~530e 时,薄膜中虽仍以V 4+为主,但钒逐渐被还原成更低价态,薄膜先后经历了过渡价态增多和重结晶的过程,因此我们认为在此退火温度段制备的四方晶型VO 2薄膜是由VO 2y V 2O 3的过渡晶型.附表 不同退火温度下的晶粒尺寸Add.T able Crystallite size annealed at defer ent temper ature退火温度(e )FWHM (eV )晶粒尺寸(!)410(002)01489168430(002)01430191460(011)01348235490(110)01486169530(110)013992062.3 退火温度对电阻-温度关系的影响对制备的薄膜进行电阻-温度测试.在退火温度为460e 时制备的VO 2薄膜的电阻-温度曲线如图5(a)所示,可看到薄膜在58e 左右其电阻值有突变,且有明显的热滞现象,热滞回线宽度$T 约为8e .相变前后电阻变化达到102量级,而VO 2单晶相变前后电阻的变化达105量级,这主要是因为薄膜中晶界势垒的存在,提高了金属相的电阻率,使相变时金属相的电阻率较高,这可通过调整其退火条件加以改善[13].其他退火温度下薄膜电阻随温度的变化如图5(b)及图5(c)所示,于410e ~450e 范围内制备的VO 2(B)薄368四川大学学报(自然科学版)第43卷膜和于470e ~530e 范围内制备的四方晶型VO 2薄膜其电阻随温度的变化都没有突变,电阻温度系数为负值,是典型的半导体行为.VO 2(B)薄膜的电阻随退火温度的升高而增大,而四方晶型VO 2薄膜的电阻随退火温度的升高而减小.VO 2薄膜的电阻与薄膜结晶状况和化学成分有关,通过XRD 和XPS 分析可知:退火温度在410e ~460e 范围内,薄膜结晶随温度的升高趋于良好,缺陷减少,处于 *能带的电子减少,禁带宽度增大,从而使薄膜电阻随退火温度的升高而增大.当退火温度升高至490e 时,随着过渡价态钒的增多,薄膜中的氧缺陷开始增加,禁带宽度减小,薄膜电阻又开始随退火温度的升高而降低,继续提高退火温度时,薄膜中逐渐发生重结晶现象,V 5+开始增加,薄膜电阻进一步减小.图5 在不同退火温度下的电阻-温度关系曲线Fig.5 Cur ve o f r esi stance vs.temperatur e of films annealedat defer enttemperature图6 在不同退火温度下薄膜电阻-温度系数的关系曲线 F ig.6 T emperature coefficient of resisance of films annealed at deferent temperature 由电阻-温度系数公式:TCR=1#5R R 5T,计算所制备薄膜在30e 时的电阻温度系数(TCR),图6为退火温度与电阻温度系数的关系曲线,由图可见,薄膜电阻温度系数随退火温度的变化同电阻随温度的变化情况一样呈现相同趋势,在410e ~450e 范围内T CR 随温度的升高而增大,在470e ~530e 段T CR 随温度的升高而降低,在460e 时,薄膜的电阻温度系数最大,达到312@10-2/e .研究表明[14]:VO 2薄膜半导体相的电阻温度系数与其激活特性有关,在不同退火温度下得到的薄膜结晶状况不同,且V 离子的价态和薄膜化学成分也有差异,所以由退火时引起的氧缺位也不尽相同,而这些情况都会对VO 2薄膜的激活能产生影响,从而影响薄膜的电学特性,改变其电阻温度系数.4 结语采用真空蒸发-真空退火工艺由V 2O 5粉末制备出VO 2薄膜,讨论了退火温度对薄膜制备的影响,经XRD 和XPS 分析发现,随退火温度的提高,薄膜中的钒离子不断地被还原,且随退火温度的不同,可得到不同晶型的VO 2薄膜.由于薄膜结晶状况、V 离子的价态和薄膜化学成分的差异导致薄膜电学性质相差较大,薄膜电阻以VO 2(A)型结构为分界点,在低温段410e ~460e 范围内电阻和电阻温度系数随退火温度的上升而增大,在高温段460e ~530e 范围内电阻和电阻温度系数随退火温度上升而减小.369第2期王静等:关于退火温度对VO 2薄膜制备及其电学性质影响的研究370四川大学学报(自然科学版)第43卷参考文献:[1]Balber g I,T rokman S.High-contrast opt ical stor ag e in V O2films[J].J.A ppl.P hys,1975,46(5):2111.[2]尚东,林理彬,何捷,等.特性二氧化钒薄膜的制备及电阻温度系数的研究[J].四川大学学报(自然科学版),2005,42(3):523.[3]Zachau-Chr istiansen B,West K,Jacobsen T.L ithium Insertion into VO2(B)(A).M at.Res.Bull[C].U SA:P erg amon PressLtd,1985,20:485.[4]Wang X J,L i H D,Fei Y J.X RD and R aman study of vanadium oxide thin film deposited on fused silica substrates by RFmagnetron sputter ing[J].A ppl.Surf.Sci,2001,8(14):8.[5]许,邱家闻,等.二氧化钒的结构制备与应用[J].真空与低温,2001,7(3):136.[6]Griffit hs C H,Eastwood H K.Influence of stoichiometr yon the meta-l semicondu-ctor transition in vanadium dio xide[J].J.Appl.Phys,1974,45(5):2201.[7]Cui J Z,Da D A,Iiang W S.Structure character ization of vanadium o xide thin films pr epar ed by magnetron sputteringmet hods[J].A ppl.Surf.Sci,1998,133:225.[8]潘梦宵,曹兴忠,李养贤,等.氧化钒薄膜微观结构的研究[J].物理学报,2004,53:1958.[9]Yuan N Y,Li J H,Lin C L.Valence reduction process from so-l g el V2O5thin films[J].Appl.Surf.Sci,2002,191:176.[10]T akahashi I,Hibino M,Kudo T.Jpn.J.Appl,1985,235:485.[11]周围,朱联祥.真空退火法制备的VO X薄膜的微观结构研究[J].重庆邮电学院学报,2000,12(4):26.[13]卢勇,林理彬.利用制备参数的改变调整V O2薄膜的电阻温度系数[J].半导体光电,2001,22(3):181.Preparation and Electrical Properties of VO2Thin FilmsAffected by Annealed TempratureWANG Jing,HE Jie,LI U Zhong-hua(Department of Physics#Irradiation Physics and Technology Key Lab1ofNational Education Department,Sichuan U niversity,Cheng du610064,China)Abstract:The VO2thin films are prepared from V2O5pow der by vacuum evaporation and vacuum annealing. T he effects of different annealingtemperature on the thin films are studied by use of X-ray diffraction(XRD), X-ray photoelectron spectroscopy(XPS)and resistance-temperature testings.The result shows that the state of VO2thin films experiences M onolinic VO2(B)y Monolinic VO2(A)y T etragonal VO2when the annealing temperature elevates.The percentages of V4+are larg e in all three types of thin films and the largest is in the VO2(A)thin films.The electric property of thin films divides at460e:below460e the resistance and the temperature coefficient of resistance of the VO2(B)thin films increase w ith the increase of annealing tempera-ture,and above460e,the VO2thin films present the contrary tendency.Key words:vanadium dioxide(A-type)film;vanadium dioxide(B-type)film;vanadium diox ide(tetragona-l type)film;annealing temperature.。

Au_SiO_2纳米复合薄膜的微结构及光吸收特性研究

Au_SiO_2纳米复合薄膜的微结构及光吸收特性研究
3. 21AuΠSiO2 多层复合薄膜吸收光谱及理论分析
312111 实验吸收光谱 图 4 为[ Au( t1) SiO2(600) ] ×5 多层薄膜中 Au 的体
积分数 f 与 Au 沉积时间 t1 的关系. 从图 4 可以看 出 ,随着 Au 沉积时间的延长 ,Au 的含量增加. 当沉 积时间分别为 2 , 5 , 8 和 10 s 时 ,Au 的体积分数 f 相应为 017 % ,211 % ,315 %和 513 %. 复合层的厚度 大约为 55 —60 nm. 图 5 为实验测得的 [ Au( t1) SiO2(600) ] ×5 复合薄 膜的光学吸收谱. 从图 5 可见 ,当单层 Au 的沉积时 间为 2 s 时 ,由于 Au 含量 ( f = 017 %) 太少 ,对应的薄 膜没有观察到吸收峰 ; 当单层 Au 沉积时间为 5 s 时 ,复合薄膜在 540 —560 nm 波长出现比较弱的弥 散状吸收峰 ;当单层 Au 沉积时间为 8 s 时 ,在 560 nm 波长下可以清楚地观察到吸收峰 ;当沉积时间进一 步增加到 10 s 时 ,吸收光谱在较宽波长范围内显示 出强的吸收峰. 图 5 说明随着 Au 的体积分数的增 加 ,[Au( t1) SiO2(600) ] ×5 复 合 薄 膜 的 吸 收 峰 强 度 增 大 ,且当单层 Au 膜的沉积时间为 8 s 时 ,可获得具 有良好吸收性能的光学薄膜.
非线性光学薄膜的制备技术有多种 ,至今已被 采用的有熔融急冷法[1] 、离子注入法[2] 、溶胶2凝胶 法[3] 、单靶及多靶溅射法[4 —7] 、脉冲激光沉积法[8 ,9] 等 ,其中多靶溅射技术由于成分容易控制而成为制 备多层薄膜的最佳方法之一[10] . 通过改变金属粒子 的形状 、浓度及其微观结构可以获得较强的非线性 物理效应. 目前的研究大多是通过提高金属粒子的

TiO2SiO2复合薄膜的光学性能研究

TiO2SiO2复合薄膜的光学性能研究

TiO2/SiO2复合薄膜的光学性能研究作者:贾曦刘洋溢来源:《中国科技博览》2013年第18期摘要:本文采用射频磁控溅射方法制备了TiO2/SiO2复合薄膜。

采用XRD、台阶仪和UV-Vis等测试手段表征薄膜的晶体结构、膜厚和光学性能。

系统研究了溅射气氛、溅射时间以及SiO2掺杂量对TiO2/SiO2复合薄膜光学性能的影响。

结果表明,TiO2/SiO2复合薄膜对紫外波段光波吸收强度与溅射时间成正比,与氧气含量成反比。

随着氧气含量的降低,薄膜的光波吸收限g向长波方向移动,即吸收波长呈现出明显的“红移”。

随着Si、Ti摩尔比的增加,薄膜的光波吸收限g向短波方向移动,即吸收波长呈现出明显的“蓝移”。

关键词:TiO2/SiO2复合薄膜(TiO2/SiO2 composite films);射频磁控溅射(RF magnetron sputtering);光学性能(optical properties);晶体结构(crystal structure)。

中图分类号:O734二氧化钛(TiO2)具有良好的光催化性和亲水性能,并由于其化学稳定性好、反应活性高,成本低而受青睐。

光催化TiO2材料可用于降解有机物、杀菌消毒、污水处理、空气净化、防雾玻璃、自清洁玻璃等方面,已成为环保纳米材料研究开发的一个热点。

但纯TiO2表面暴露的活性位有限,在光催化降解过程中TiO2有效利用率受到限制[1]。

而采用TiO2/SiO2复合光催化剂,不仅可以降低成本,并且在不损失有效光照的情况下,可以提高TiO2的表面活性位[2]。

TiO2/SiO2复合薄膜能有效提高光催化活性、亲水性等性能,已有大量研究[3~5]表明TiO2/SiO2复合薄膜能提高光催化活性,另外这种复合薄膜也能大大改善亲水性[6]、抗腐蚀性[7]。

因此,TiO2/SiO2复合薄膜为我们在提高材料性能方面提供了一种很重要的途径。

目前,制备TiO2/SiO2复合薄膜的技术有溶胶—凝胶法[8]、化学气相沉积法[9]、射频溅射[10]等。

CuO-SiO2@CeO2核壳结构催化剂及其催化CO氧化性能

CuO-SiO2@CeO2核壳结构催化剂及其催化CO氧化性能
[7]
分布,由此产生的复杂的表面结构可能会阻碍催化剂结
构的活性关系。
本文采用微米级 SiO2 为载体制备了 Cu-SiO2@CeO2
催化剂,
考查其在低浓度 CO 催化氧化中的性能。
1 实验部分
1.1 实验试剂
乙二醇,AR,国药集团化学试剂有限公司;六水合
硝酸亚铈,AR,国药集团化学试剂有限公司;三水合硝
用。由于氧化还原能力高,氧空位多,CeO2 被广泛用作
具有较高的活性和较低的成本而得到广泛关注。研究
发现,CeO2 可以改善 CuO 的分散性,它们之间的相互作
[2]
用产生良好的催化活性 。CuO-CeO2 催化剂的性能主
要与铜和铈的协同氧化性能及界面相互作用有关
[3-4]

改变铜铈接触界面的几何形状可以调节催化性能。近
于反应器内 350℃原位活化 2 h,活化结束后,切入氮气
吹扫并降至室温。然后将气体切换至反应气,以 3℃/
min 升温速率从室温升至测试温度进行测试。反应尾
气采用福立 GC-9750 气相色谱检测,色谱柱为碳分子
筛填充柱,采用镍转化炉将 CO、CO2 转化为甲烷,FID 检
形 SiO2 的衍射峰,在 28.5°、33.2°、47.6°和 56.5°出现了可
冷却至室温,倾去上清液,所得产物离心分离、洗涤、干
燥、研磨,再在马弗炉中于空气气氛下 400℃焙烧 4 h,升
温 速 率 2℃/min,即 可 得 到 淡 黄 色 的 SiO2@CeO2 复 合
粉体。
称取 0.5 g SiO2@CeO2 复合载体,加入 25 mL 去离
高,相互作用更强,表面的氧空位更多 。Águila 等 指
第 47 卷,第 1 期

退火对TiO_2薄膜形貌、结构及光学特性影响

退火对TiO_2薄膜形貌、结构及光学特性影响

1 引 言
Ti z 为一 种性 能优 异的无 机 功能 材 料 , O 作 在 光 催 化[ 、 料 敏化 太 阳能 电 池[ 、 1染 ] 2 自清 洁[ 光 ] 、
表征 手段 , 比研究 退火 温度 、 火气 氛对样 品结 对 退
构、 形貌 和光 学特 性 的影 响规 律.
2 样 品制 备 与 测 量
光 谱 以及 透 过谱 研 究 了退 火温 度 和退 火 气 氛 对 TOz 膜 的 结 构 、 貌 和 光 学 特 性 的 影 响.实 验 结 果 表 明 : 大 气 环 境 i 薄 形 在 下 退 火 , 火 温 度 越高 , 膜 晶化 越 好 , 粒 明 显 长 大 , 退 薄 晶 温度 高 于 7 0℃退 火 的薄 膜 , 红 石 相 已 明 显 形 成 .实 验 还 发 现 , 0 金 退 火 气 氛对 金 红 石相 的形 成 是 非 常 重要 的 , 曼 光 谱 反 应 出 Ar 氛 退 火 , 制 了金 红 石 晶相 的发 育 , 膜 仍 以锐 钛 矿 相 拉 气 抑 薄 为 主.Ar 氛 退 火 的薄 膜 在 可见 光范 围 内 的透 过率 比大 气 退 火 的要 低 , 且 由 透 过 率 曲 线 推 知 : 红 石 的 光 学 带 隙 约 气 并 金
火气 氛 ( Ar 氛退 火 和 大气 退 火 ) 薄 膜 的结 即 气 对 构及 光学 性能 的影 响.利 用 X射 线 衍 射 ( D) XR 、 扫描 电子 显微 镜 ( E 、 曼 光谱 以及 透 过率 等 S M) 拉
如研 究 薄 膜 的沉 积 时 间 、 沉积 温 度 、 分压 、 氧 薄膜
阻丝 加热 升高 衬 底 温度 至 目标 温 度 , 稳 定 后通 待 人 Ar , 气 流量 可通 过质量 流量 计来 控制 .在每 次 溅射 前 , 进行 1 n的 预溅 射 以除 去 T 靶 表 要 0mi i 面 的污染 物.实验 所制 得 的薄 膜样 品的制 备 条件 为 : 射 温 度 为 6 0 ℃, 溅 0 Ar与 o。的 分 压 比为 9: , 1 射频 功率 是 8 , 射气 压保 持在 2P , OW 溅 a 溅

退火处理对Cu、CuNi薄膜及其热电偶电性能的影响

退火处理对Cu、CuNi薄膜及其热电偶电性能的影响

退火处理对Cu、CuNi薄膜及其热电偶电性能的影响张波;杨丽红;陈皓帆【期刊名称】《电子元件与材料》【年(卷),期】2015(34)6【摘要】Relationship between annealing temperature and thin-film resistivity was studied by annealing several Cu and CuNi thin films, which were fabricated respectively with the same parameters on the silicon by reactive magnetron sputtering. According to the test result, it can be known that annealed thin-films show a better microstructure and the resistivity decreases gradually as the annealing temperature goes up and the change in Cu thin-films is more obvious than that in CuNi thin-films. Then Cu/CuNi thin-film thermocouple fabricated on the substrate withSiO2 film was annealed and calibrated to figure out the influence of thin-film thermocouple on the sensitivity. The result shows that the sensitivityof thin-film thermocouple is improved from 38.35μV/℃ to 44.10μV/℃ after the annealing process.%采用磁控溅射法在单晶硅片基底上制备多个Cu薄膜和CuNi薄膜,对其进行退火处理,分析不同退火温度对薄膜电阻率的影响。

CuOCeO2的制备、表征及催化性质的体系的研究

CuOCeO2的制备、表征及催化性质的体系的研究

CuO/CeO2的制备、表征及催化性质的体系的研究摘要通过溶胶-凝胶法和注入浸渍法制备出CeO2纳米材料与CuO/CeO2,结合一些光谱技术手段如XRD,XPS,TPR,FT-Raman,BET以及HRTEM对样品表征测试。

结果显示,CeO2与萤石具有相同的立方构型,CuO高度分散CeO2材料中;程序降温的结果表明CuO/CeO2催化是一个两步还原的过程;XPS分析结果显示Ce4+/Ce3+氧化还原电对的存在以及CuO/CeO2催化过程中Cu含量的降低。

通过对煅烧温度、煅烧时间及CuO的负载率等不同影响因素的实验测定研究对CuO/CeO2催化活性的影响。

1.前言现今,人们对环境保护方面的关注度较以前大为提高。

一种主要的保护环境的方法是控制汽车引擎燃料燃烧尾气的有毒污染物的排放。

CeO2是称之为“三方催化剂”(TWC)的重要组成,通常用来减少汽车尾气CO,NOx和碳氢化合物的排放。

二氧化铈的中间体最初被认为有结构和化学方面的前景,如促进对金属的分散、在水煤气中反应物的转换反应、氮氧化合物的分解,其过程涉及到由氧化还原电对Ce4+/Ce3+提供的氧气储存能力,为氧化过程产生更多有用的氧气。

另一方面,贵金属是众所周知的有着高活性和稳定性的氧化催化剂并且广泛的用于CO的氧化反应。

然而由于贵金属的高价格和对硫中毒的敏感性,关注度开始放在便宜的金属催化剂上,已经报道过的制备CuO/CeO2催化剂的几种方法有:热分解、共沉淀、用CeCl3.7H2O溶胶凝胶法。

本文描述了CeO2纳米粒子通过溶胶凝胶法从Ce(NO3)3.6H2O制备的方法及CuO/CeO2体系通过在含有CeO2的粉末中注入Cu(NO3)2溶液制备。

进一步描述制备的CuO/CeO2体系的催化性能。

2.实验部分CeO2通过溶胶凝胶法制备。

在室温条件下,用烧杯将10.19g的Ce(NO3)3.6H2O溶解在25ml水中,再将1mlHNO3加入到溶液当中。

CuO/SnO2/TiO2纳米复合物的制备及光催化研究

CuO/SnO2/TiO2纳米复合物的制备及光催化研究

Preparation and Photocatalytic Property of CuO/SnO2/TiO2 Nanocomposite 作者: 肖艳丽[1] 王化杰[1] 张胜义[2]
作者机构: [1]淮北职业技术学院就业处,安徽淮北235000 [2]安徽大学化学化工学院,安徽合肥230039
出版物刊名: 合肥师范学院学报
页码: 80-83页
年卷期: 2012年 第3期
主题词: CuO/SnO2/TiO2纳米复合物 表征 制备 光催化性质
摘要:采用溶胶-凝胶法,以硝酸铜、二氯化锡和钛酸四丁酯为原料,加入十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)作软模板,制备CuO/Sn02/TiO2纳米复合物。

分别用SEM、XRD、IR、UV—vis等对产物进行表征分析,CuO/SnO2/TiO2晶粒由锐钛矿相的TiO2、金红石相的SnO2和单斜晶系的CuO组成。

以甲基橙为模拟污染物,研究其催化活性,结果表明CuO/SnO2/TiO2纳米复合物具有较好的光催化活性。

富nc-SiC的SiO_2薄膜制备及其发光特性的研究(精)

富nc-SiC的SiO_2薄膜制备及其发光特性的研究(精)

富nc-SiC的SiO_2薄膜制备及其发光特性的研究
SiC作为第三代半导体材料,其结构稳定,有较高的击穿电场、热导率、电子饱和速率、抗辐射能力以及较宽的禁带宽度,适合制作高温、高频、大功率及抗辐射器件,并因其优秀的光电性能,成为光电集成领域的优选材料。

本文采用射频磁控反应溅射和高温相分离技术作为制备方法,并结合傅里叶红外吸收光谱(FTIR)以及光致发光光谱(PL)等测试手段,对薄膜的结构和发光特性进行了分析研究。

首先,分别选用乙炔或甲烷作为溅射气氛中的活性反应气体,探讨了制备富SiC薄膜的基本工艺条件。

随后,选用氧气作为反应气体,成功制备了富nc-Si的SiO_2薄膜材料,得到了880nm左右的红外光致发光,并在此基础上增加甲烷作为反应气体,制备了富nc-SiC的SiO_2薄膜材料,发现样品在565nm 左右给出较强的光致发光。

我们分析了其红外吸收光谱及光致发光特性,对富nc-SiC的SiO_2薄膜的生成过程进行了简化和等效,并通过实验对其进行了验证。

【关键词相关文档搜索】:物理电子学; 反应溅射; 相分离; 硅纳米晶; 碳化硅纳米晶
【作者相关信息搜索】:北京交通大学;物理电子学;衣立新;何桢;。

掺杂改善CuInSe2薄膜光伏特性的研究进展

掺杂改善CuInSe2薄膜光伏特性的研究进展

累。控 制 钠浓 度 对 电池 的光 电 性 能有 一 定 的 影 响 ’ : a的 量 足 够 大 时 , a会 取 代 c , 成 H N 』 N u形 N l e 化合物 , a S2 n 其带 隙比 C I e 大。少量 N 会 un : S a 形成点缺陷而非二次相 。综上 , 钠离子对薄膜太 阳 能电池 的开路电压和填充因子均具有改善作用 , 其 作 用机 理是 通过 对 吸 收 层 薄 膜 晶 界 和表 面 的钝 化 , 增加净载流子浓度 . 和降低薄膜电阻 ] 5 。 12 镓掺杂 CS薄膜及薄膜 电池的研究进展 . I 镓的掺杂 , 宽 了薄膜 的禁带宽度 , 增 降低 了与 CS d 间的晶格失配度 、IS薄膜 电阻率和反应温度 CG 等等。主要的掺人方式是溅射 、 沉积、 蒸发。 首先 , 的掺人增宽 了薄膜的禁带宽度 。文献 镓 [8 用 c - —a的前躯体在 s s 气氛下退火制备 1 ] uI G n /e 出 C (nG ) s s )( IS )结果表明 CG S薄 u I, a ( ,e 2 CG S , IS 膜为直接带隙半导体 , 带隙的增 宽依赖镓含量 的变
N 离子的掺入使 CG 组分失配容忍度大大增加 , a IS
效 率更 高 。
1 掺杂对改善 CS薄膜及薄膜光伏 特 I 性影 响的研究进展
11 钠离子掺杂 CS . I 薄膜及薄膜电池的研究进展
年 CG IS光电转换效率达到 1 .%L , 目前光 电 99 3 是 ] 转换 的世界纪录。制备 CS I 薄膜吸收层的方法大致
膜 中渗透 。这种现象 同样 由文献[ ] 7 通过俄歇 电子 能谱 ( E ) A S 对三组样 品分析后 , 在三组 薄膜样 品表 面都证实 N a 存在。由沉积含有 N a 层提供 ; 如采 用 N 2e l、 aO 和 N F等 。文 献 [ 1 选用 as 9 N 2 2 8 J a 1] 钠钙玻璃 为衬底 , 在其上沉积一层厚度为 10 ̄的 8/

退火处理对柔性基体钼及钼—铜合金薄膜微观结构的影响

退火处理对柔性基体钼及钼—铜合金薄膜微观结构的影响

退火处理对柔性基体钼及钼—铜合金薄膜微观结构的影响退火处理对柔性基体钼及钼-铜合金薄膜微观结构的影响摘要:柔性基体钼及钼-铜合金薄膜在微电子领域具有重要的应用价值。

本研究通过退火处理来探究其对微观结构的影响。

实验结果表明,在不同温度和时间条件下,退火处理可以显著改变钼薄膜的晶粒尺寸、形状和晶体结构;而对于钼-铜合金薄膜,退火处理还可以进一步改变其相变行为。

1. 引言随着电子行业的发展,对高性能、高密度、高可靠性的微电子设备的需求逐渐增加。

柔性基体钼薄膜及钼-铜合金薄膜因其优异的导电性、耐腐蚀性和可加工性而成为微电子器件制备中的重要材料。

钼薄膜在微电子器件中被广泛用于制作电极、导线和晶体管等;而钼-铜合金薄膜则用于制作多层线路、导电柱和插接电极等结构。

2. 实验方法本实验通过物理气相沉积技术在柔性基板上制备了钼薄膜和钼-铜合金薄膜。

接下来,这些薄膜经过不同温度和时间条件下的退火处理,以模拟实际工艺中的热处理过程。

退火处理后的薄膜使用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和X射线衍射仪(XRD)进行表征。

3. 实验结果与讨论3.1 钼薄膜的退火处理通过观察SEM图像和TEM图像,我们发现退火处理显著改变了钼薄膜的晶粒尺寸和形状。

对于低温退火(约200℃)的薄膜,晶粒尺寸较小,且呈较规则的形状;而高温退火(约400℃)的薄膜,晶粒尺寸增大,且形状更为杂乱。

此外,XRD分析结果显示,退火处理可以改变钼薄膜的晶体结构,从初始的非晶态向晶态转变。

3.2 钼-铜合金薄膜的退火处理对于钼-铜合金薄膜,退火处理不仅改变了晶粒尺寸、形状和结构,还影响了相变行为。

通过SEM和TEM观察,我们发现退火处理后的薄膜中形成了新的相,呈现出不同于未经退火处理的薄膜的晶体形态。

XRD分析结果表明,退火处理可以促使钼-铜合金薄膜中Cu和Mo相的形成和转变。

4. 结论本研究通过退火处理来探究柔性基体钼及钼-铜合金薄膜的微观结构变化。

《多层复合与共掺杂TiO2薄膜的制备、结构及性能研究》范文

《多层复合与共掺杂TiO2薄膜的制备、结构及性能研究》范文

《多层复合与共掺杂TiO2薄膜的制备、结构及性能研究》篇一摘要:本文以多层复合与共掺杂TiO2薄膜为研究对象,通过多种制备方法,对其结构、性能及制备工艺进行了深入研究。

本文首先介绍了TiO2的基本性质和掺杂技术,随后详细描述了薄膜的制备过程,包括材料选择、制备方法、工艺参数等。

接着,通过实验数据和结果分析,探讨了多层复合与共掺杂对TiO2薄膜结构及性能的影响。

最后,总结了研究结果,并展望了该领域未来的研究方向。

一、引言TiO2作为一种重要的光催化材料,在环保、能源、电子等领域具有广泛的应用。

为了提高TiO2的性能,研究者们采用了多种方法,其中多层复合与共掺杂是两种有效的方法。

多层复合能够提高薄膜的光吸收性能和光催化活性,而共掺杂则可以改善TiO2的电子结构和导电性能。

因此,对多层复合与共掺杂TiO2薄膜的制备、结构及性能进行研究具有重要的科学意义和应用价值。

二、TiO2的基本性质及掺杂技术TiO2是一种具有良好光催化性能的氧化物,其晶体结构包括锐钛矿、金红石等。

通过掺杂可以改变TiO2的电子结构和光学性质,提高其光吸收能力和光催化活性。

常见的掺杂元素包括氮、碳、铁等。

掺杂技术包括物理气相沉积、溶胶凝胶法、化学气相沉积等。

三、多层复合与共掺杂TiO2薄膜的制备1. 材料选择:选用高纯度的TiO2粉末作为基材,根据需要选择不同的掺杂元素。

2. 制备方法:采用溶胶凝胶法结合旋涂技术制备多层复合与共掺杂TiO2薄膜。

3. 工艺参数:详细探讨了溶胶浓度、旋涂速度、热处理温度等工艺参数对薄膜性能的影响。

四、多层复合与共掺杂对TiO2薄膜结构及性能的影响1. 结构分析:通过X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)等手段,观察了多层复合与共掺杂对TiO2薄膜结构的影响。

结果表明,多层复合可以改善薄膜的结晶度和表面形貌,而共掺杂可以改变TiO2的晶体结构,形成固溶体。

2. 性能分析:通过紫外可见光谱(UV-Vis)和光电化学测试等手段,评估了多层复合与共掺杂对TiO2薄膜光吸收性能和光催化活性的影响。

SnO2薄膜及其对CO和H2S的响应的开题报告

SnO2薄膜及其对CO和H2S的响应的开题报告

电沈积热氧化制备CuO/SnO2薄膜及其对CO和H2S的响应的开题报告研究背景:随着环境污染的不断加重,对于有害气体的检测和治理成为近年来的热点研究领域。

因此,高灵敏度和高选择性的气敏材料的研究对于环境监测和治理工作具有重要意义。

纳米氧化物材料具有较大的比表面积和良好的氧化还原性能,因此逐渐成为重要的气敏材料。

其中,CuO/SnO2复合氧化物作为一种重要的纳米气敏材料,在气敏性能和材料性质方面都具有很大的优势。

研究目的:本文旨在利用电沉积技术制备CuO/SnO2复合氧化物,并对其制备过程进行研究和分析。

通过调节实验条件和对比不同制备方法,获得性能更佳的气敏材料。

并对其对CO和H2S气体的响应特性进行评估和分析,为其在环境污染治理,气体监测及警报设备等领域的应用提供依据。

研究方法:1.采用电沉积技术制备CuO/SnO2复合氧化物薄膜;2.通过XRD(X射线衍射)、SEM(扫描电镜)、TEM(透射电镜)等手段对其结构和形貌进行表征和分析;3.分别采用静态气敏测试方法,对CO和H2S气体的响应特性进行测试,并对其敏感性和选择性进行研究分析;4.对实验结果进行统计和分析,比较不同制备方法对CuO/SnO2复合氧化物薄膜性能的影响。

预期结果:1.成功制备CuO/SnO2复合氧化物薄膜,并对其结构和形貌进行表征和分析;2.成功测试CuO/SnO2复合氧化物薄膜对CO和H2S气体的响应特性,并分析其敏感性和选择性;3.探究制备条件对CuO/SnO2复合氧化物薄膜性能的影响,并提出一些可能的改进措施;4.得出一些有价值的结果和结论,并为其应用提供一些理论和实验依据。

退火温度对反应共溅法制备CoTiO2薄膜的影响

退火温度对反应共溅法制备CoTiO2薄膜的影响

退火温度对反应共溅法制备CoTiO2薄膜的影响吴佺;许佳玲;贾利云;高尚武;靳晓庆【期刊名称】《实验室研究与探索》【年(卷),期】2017(036)008【摘要】通过超高真空反应磁控共溅射方法制备了CoTiO2薄膜样品,在退火过程中加入了紫外光照射,研究了退火温度在反应共溅法中对薄膜微结构和磁性能的影响.形貌和结构研究表明,随着退火温度的升高样品的表面颗粒尺度逐渐减小,温度越高越有利于磁性相的形成,且500℃退火温度下锐钛矿结构的衍射峰较明显,晶胞变大;磁滞回线显示出样品呈现铁磁性特征,并且随着退火温度的升高样品的磁化强度逐渐降低;热磁曲线测量显示有序温度高于120℃.退火过程中进行辐照干预的处理,发现在薄膜制备过程中对薄膜的结构及磁性有重要影响.铁磁性有可能是起源于在热处理过程中引起的磁性离子和氧空位导致的晶格缺陷.【总页数】4页(P10-13)【作者】吴佺;许佳玲;贾利云;高尚武;靳晓庆【作者单位】河北建筑工程学院数理系,河北张家口075000;河北建筑工程学院数理系,河北张家口075000;河北建筑工程学院数理系,河北张家口075000;河北师范大学物理科学与信息工程学院,石家庄050024;河北建筑工程学院数理系,河北张家口075000;河北建筑工程学院数理系,河北张家口075000【正文语种】中文【中图分类】O484.5;O482.5【相关文献】1.共溅法制备锂离子电池Sn-Al/Cu复合薄膜及其电化学性能 [J], 魏林;王丽秀;陶占良;陈军2.在未加热基底上反应共溅ITO薄膜的光电特性 [J], 王明利;范正修3.铜对双靶共溅制备热电薄膜输运性能的影响 [J], 曹丽莉;王瑶;邓元;罗炳威;祝薇;史永明;林桢4.退火温度对PECVD法制备SiO2/Si3N4光学薄膜性能的影响 [J], 吴立宇;李小强;王斌;屈盛官5.磁控溅射衬底加热温度和后退火温度对制备β-Ga_(2)O_(3)薄膜材料的影响 [J], 高灿灿;姬凯迪;马奎;杨发顺因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。

退火温度对TiO_2薄膜结构、组分和光学性能的影响

退火温度对TiO_2薄膜结构、组分和光学性能的影响

退火温度对TiO_2薄膜结构、组分和光学性能的影响
周明飞;孟凡明;孙兆奇;宋学萍
【期刊名称】《人工晶体学报》
【年(卷),期】2008(37)2
【摘要】利用射频磁控溅射,在硅和石英基底上制备了厚度为150 nm的TiO2薄膜。

利用X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱仪(XPS)、紫外可见分光光度计(UV-vis)和光致发光谱(PL)等多种测试分析技术,研究退火温度对TiO2薄膜结构、组分及光学性能的影响。

研究结果表明,未退火薄膜为无定型结构;随着退火温度的升高薄膜的金红石相含量逐渐增加,并沿(110)晶面择优取向。

能隙也由退火前的3.03 eV逐渐增加到900℃退火后的3.18eV。

对于TiO2薄膜催化活性最优的退火温度应为800℃。

【总页数】6页(P411-416)
【关键词】射频磁控溅射;TiO2薄膜;退火;光学性能
【作者】周明飞;孟凡明;孙兆奇;宋学萍
【作者单位】安徽大学物理与材料科学学院
【正文语种】中文
【中图分类】O484
【相关文献】
1.退火温度对Zn1-xCdxO薄膜的结构和光学性能的影响 [J], 隋瑛锐;于国娜;王子涵;朱文斗
2.退火温度对电子束蒸发沉积硅薄膜结构和光学性能的影响 [J], 刘保剑; 段微波; 李大琪; 余德明; 陈刚; 刘定权
3.真空退火温度对磁控溅射氧化钒薄膜结构和光学性能的影响 [J], 白睿;武英桐;李晓敏;宋鸿佳;黄美东
4.退火温度对磁控溅射TiO_2薄膜结构及性能的影响 [J], 陈芃;谭欣;于涛
5.退火温度对TiO_2薄膜结构和光学性能的影响 [J], 刘佳;朱昌
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退火温度对高介电HfO2薄膜的微结构和形貌的影响

退火温度对高介电HfO2薄膜的微结构和形貌的影响

退火温度对高介电HfO2薄膜的微结构和形貌的影响采用等离子氧化金属薄膜法制备了HfO2栅介质薄膜,并研究了HfO2栅介质薄膜的微结构和表面形态随退火温度的变化而发生的变化规律。

研究表明:随着退火温度的升高,HfO2薄膜的晶体结构发生了变化,从沉积时的非晶态过渡到晶态,从四方转变到四方和单斜相共存,最后又过渡到单斜相。

扫描电镜分析表明随着退火温度的升高,HfO2薄膜的内部结构趋向致密与平整。

标签:HfO2薄膜; 等离子氧化; 微结构; 形貌1 引言随着微电子技术的飞速发展,MOSFET 特征尺寸按摩尔定律不断缩小,作为栅介质层SiO2 的厚度迅速接近它的物理极限,以此为背景应用于下一代MOSFET 的高介电栅介质材料成为当今微电子材料的研究热点。

HfO2是目前最有希望在下一代CMOS工艺中代替SiO2的栅材料。

HfO2不仅具有适中的介电常数值(~25),可以在不过度提高栅氧化物堆栈高度的情况下获得所需的等效Si02厚度(EOT) ;而且具有相当高的禁带宽度,对Si的导带偏移△Ec大于1 eV,在与栅电极和Si衬底接触时能保持较大的接触势垒, 该特性是大部分高k材料不具备的。

高的势垒可有效地阻止电子(或空穴)的Schottky穿过,即降低了超薄膜的隧穿电流。

HfO2在能带结构上很好地满足了高k材料的选择标准。

2 实验实验所用的衬底为单面抛光的P 型单晶Si(100),阻值4~12Ωcm, 在硅衬底上沉积HfO2 之前,我们对衬底进行了标准的清洗和高压电离清洗。

磁控溅射系统的本底真空小于2×10-4Pa, 溅射的铪靶纯度为99.99%,溅射的气体为高纯度的Ar(99.999%),直流溅射的功率为40W,溅射气压达3.5Pa,溅射时间5min, 所获取的金属铪膜转移到等离子体增强化学气相沉积腔室中,经换位等离子体氧化直接得到Hf2薄膜;等离子体氧化时所设实验参数为,通入的Ar:O2=6:1,工作气压19Pa, 工作功率200W,衬底盘温度设置为400oC,氧化时间30min。

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第29卷 第12期2008年12月半 导 体 学 报JO U RN A L OF SEM I CON D U CT OR SV o l.29 No.12D ec.,2008­通信作者.Email:liyuguo -s d @2008-06-22收到,2008-07-24定稿Z 2008中国电子学会不同气氛保护下退火制备的CuO/SiO 2复合薄膜微观结构分析石 锋 李玉国­孙钦军(山东师范大学物理与电子科学学院,济南 250014)摘要:采用射频磁控共溅射法在Si (111)衬底上沉积Cu/SiO 2复合薄膜,然后在N 2和NH 3保护下高温退火,再于空气中自然冷却氧化,制备出CuO 结构,并对其微观结构进行分析.N 2保护下退火温度为1100e 时样品中主晶相为立方晶系的CuO (200)晶面,薄膜样品表面出现纳米线状结构,表面组分主要包括Cu,O 元素,冷却氧化形成CuO /SiO 2复合薄膜.N H 3气氛保护下退火,随着退火温度的升高,CuO 由单斜晶相逐渐转变为立方晶相,CuO 薄膜结晶质量提高.样品于900e 和1100e 退火后,形成有序散落的微米级颗粒,前者由粒状团簇组成,颗粒表面比较粗糙;后者由片融状小颗粒融合而成,颗粒表面比较光滑.关键词:射频磁控共溅射法;CuO /SiO 2复合薄膜;微观结构;退火气氛PACC :6855;8115中图分类号:O48418 文献标识码:A 文章编号:0253-4177(2008)12-2381-041 前言SiO 2具有的特殊的物理化学特性,使其成为半导体器件产业主要的原料之一,人们常选用SiO 2作为母体,来生长一些金属纳米结构.CuO 是一种间接带隙半导体材料,室温下带隙为110eV,具有独特的电、磁、催化特性,已被广泛应用于催化剂、超导材料、热电材料、传感材料、玻璃、陶瓷等领域[1,2].本文采用一种简单新颖的方法,在Si 衬底上沉积Cu/SiO 2复合薄膜,然后在N 2和NH 3气保护下高温退火,再在空气中自然冷却氧化,制备出C uO 结构,对其微观结构进行分析和比较.2 实验采用射频磁控共溅射法(JC K -500A 型磁控溅射台)并利用Cu/SiO 2复合靶在经清洗后的n 型Si (111)衬底上制备CuO/SiO 2纳米复合薄膜,在N 2和NH 3气氛中退火30min,在空气中自然冷却并氧化.C u/SiO 2复合靶是采用条形高纯(9919%)的金属铜片粘压在直径为62mm 的无定形SiO 2靶上制成,通过改变金属C u 片的面积可调节复合薄膜中C u 和SiO 2的组分比.采用Rigaku (Tokyo,Japan)D/max -r B 型X 射线衍射仪(Cu 靶K A 线)进行XRD 相分析;采用日立H -8010型扫描电子显微镜观察样品表面形貌.3 结果与讨论3.1 N 2气氛中退火的微观结构分析3.1.1 X 射线衍射(XRD)分析图1是未退火和在N 2气氛中不同温度下退火30min 后的CuO/SiO 2复合薄膜样品的XRD 图谱.由图1a 可以看出,未退火样品在2H =4315b 左右有一个微弱的波包,为Cu 衍射峰,说明溅射过程中有部分Cu 晶体形成.由于采用水冷的办法来降低衬底温度,且与溅射的SiO 2互相掩埋,故测试出的Cu 衍射峰强度较小,成波包状.未退火样品位于2H =5910b 处的强峰则为单晶硅基片的Si(111)衍射峰.图1b 中样品在2H =3516b 和2H =3819b 附近出现的较强的衍射峰为单斜晶系CuO(111)峰和CuO(200)峰.除了单晶硅的强衍射峰Si(111)外,Cu 波包明显下降,说明在800e 退火后,晶体Cu 减少了;出现了较强的单斜晶系CuO 的衍射峰,说明退火过程中,Cu 在N 2气保护下从共溅射的Cu/SiO 2复合体中析出,在冷却过程中被氧化为CuO.图1 未退火和在N 2气氛中不同温度下退火的CuO/SiO 2复合薄膜样品的XRD 图谱 a :未退火;b :800e 退火;c :900e 退火;d :1000e 退火;e :1100e 退火Fig.1 XRD patterns o f CuO/SiO 2composite thin film samplesannealing at differ ent temper ature w ith N 2atmosphere and sam -ple non -annealing a :non -annealing;b :800e ;c :900e ;d :1000e ;e :1100e半导体学报第29卷图2N2气氛中未退火和不同温度下退火后C uO/S iO2复合薄膜样品的S EM图谱(a)未退火;(b)800e;(c)900e;(d)1000e;(e)1100eF ig.2SEM micr og raphs o f CuO/SiO2com posite thin film samples after annealing at different temper atur es w ith N2 atmosphere and non-annealing由图1c和d可知,当退火温度达到900e以上时,Cu 波包基本消失,同时单斜晶系的CuO(111)峰和CuO (200)峰衍射强度都有所下降,而在2H=36188b和2H= 44164b处出现了立方晶系的CuO(111)峰和CuO(200)峰.随着退火温度升高,从Cu/SiO2复合体中析出Cu 晶体,在冷却过程中氧化生成CuO并由单斜晶型向立方晶型转化;当退火温度达到1000e时,主要形成立方晶系的CuO(111).温度升高到1100e时,图1e样品中主要以立方晶系的CuO(200)存在,其他CuO峰都比较小.图1c,d和e中没有出现单晶硅基片的衍射强峰,说明CuO薄膜结晶质量较好,将衬底硅片完全掩埋. 3.1.2扫描电子显微镜(SEM)分析图2为未退火和在不同温度下退火30min后CuO/SiO2复合薄膜样品的SEM表面形貌图.由图2可以看出,经800e高温退火30min后,薄膜开始发生晶化,颗粒尺寸约为1~2L m;当温度升高到900e时,颗粒更加密集,但尺寸未见明显增大,薄膜结晶化程度提高.这与文献[2]的结果一致,即随着退火温度的升高,CuO晶粒显著增加,说明粒子的生长主要受温度控制[3].图2(c)中白色颗粒为CuO纳米颗粒,较均匀的分布在SiO2基质中.从图2(d)中可以看出,当退火温度升高到1000e时,薄膜表面呈现片熔融状,完全覆盖在样品表面.当退火温度为1100e时,如图2 (e),薄膜样品表面出现纳米线状结构,比较均匀的覆盖在颗粒薄膜的表面,纳米线的线宽约为100~200nm.3.2NH3气氛中退火30min后的微观结构分析3.2.1X射线衍射(XRD)分析图3是NH3气氛中不同温度下退火30min后所得CuO/SiO2复合薄膜样品的XRD图谱.从图3(a)中可以看出,在退火温度为900e时,薄膜样品表面在2H=3515b,3912b处出现了单斜晶相的CuO(111)峰和CuO(200)峰,在2H=4515b处出现了立方晶相的CuO(200)峰.在2H=5910b处有单晶硅基片的衍射峰,但强度都很弱.从图3(b)中可以看到,单斜晶系的峰都变弱,而在2H=4518b处立方晶相的CuO (200)峰变得很强.图3(c)中单斜晶系的CuO峰消失,立方晶相的CuO(200)峰更强了,而且在2H=3712b处出现了立方晶系CuO(111)峰,说明薄膜样品表面形成的CuO基本为立方晶系.总的来看,随着退火温度升高,CuO薄膜结晶质量越来越好.2382第12期石 锋等: 不同气氛保护下退火制备的CuO /SiO 2复合薄膜微观结构分析图3 NH 3中不同温度下退火所得CuO/SiO 2复合薄膜样品的XRD 图谱 (a)900e ;(b )1000e ;(c)1100eFig.3 XRD patterns o f CuO /SiO 2co mpo site thin f ilm after an -nealing at different temperatures w ith N H 3atmospher e (a )900e ;(b)1000e ;(c)1100e3.2.2 扫描电子显微镜(SEM)分析图4是在NH 3气中900e 退火30min 后所得的CuO/SiO 2复合薄膜样品的SEM 图谱.从图4(a)可以看到,在薄膜样品表面形成颗粒团簇(015~210L m),有序地分布在薄膜表面.从图4(b)中可以清晰地看到呈粒状花蕾的团簇.背景散落着许多小孔,可能是Si 衬底的缺陷,也可能是Cu 从共溅射的Cu/SiO 2混溶体中析出留下的缺陷.图4 NH 3气氛中900e 退火30min 后所得CuO/SiO 2复合薄膜样品的S EM 图谱 (a)放大2500倍;(b)放大10000倍Fig.4 SEM micro gr aphs of CuO/SiO 2co mpo site thin film afterannealing at 900e fo r 30min w ith N H 3atmo sphere图5 NH 3气氛中1100e 退火30min 所得复合薄膜样品的S EM 图谱 (a)放大2500倍;(b)放大10000倍Fig.5 SEM micr og raphs o f CuO /SiO 2composite thin film after annealing at 1100e fo r 30min w ith N H 3atmo sphere图5是在NH 3气氛中1100e 退火30min 所得CuO/SiO 2复合薄膜样品的SEM 图谱.从图5(a)可以看到,在薄膜样品表面形成较大颗粒(016~115L m),均匀有序地分布在薄膜表面.从5(b)中可以清晰地看到大颗粒是由片融状的小颗粒融合而成,这些小颗粒是结晶质量比较好的立方相的CuO 晶体颗粒,这与样品薄膜的XRD 测试结果一致.从图4和图5中可以看出,溅射薄膜样品在NH 3气氛中于900e 和1100e 退火后,均由有序散落的大颗粒形成,但颗粒的形态不同:前者由粒状颗粒团簇组成,颗粒表面比较粗糙,后者则是片融状小颗粒融合而成,颗粒表面比较光滑.在N 2气中高温退火的薄膜样品出现了CuO 纳米线,而在NH 3气中高温退火的薄膜样品只有微米级CuO 颗粒生成.这是由于N 2在退火过程中,不与Cu 发生反应,只起到保护作用,使Cu 从Cu/SiO 2混合体中析出的过程中不与空气中的氧气反应,但在空气中冷却时被氧化,生成了CuO 纳米线;而高温下NH 3能部分分解为N 2和H 2,其中的H 2具有还原作用,使NH 3总的效果是具有还原作用的保护气体,从而加速了Cu 从Cu/SiO 2混合体中析出,使析出的Cu 更容易2383半导体学报第29卷发生团聚,随后在空气中冷却氧化时,生成了由CuO小颗粒团聚成的大颗粒,不形成纳米线结构.4结论(1)在N2气氛保护下退火,随着退火温度升高,从Cu/SiO2复合体中析出的Cu晶体在冷却过程中氧化生成CuO,并由单斜晶型向立方晶型转化;当退火温度达到1000e时,主要形成立方晶系的CuO(111);温度升高到1100e时,主要形成立方晶系的CuO(200)晶面,CuO晶粒显著增加,薄膜样品表面出现纳米线状结构.(2)在NH3气氛中退火后,复合薄膜样品随着退火温度的升高,CuO由单斜晶相逐渐转变为立方晶相, CuO薄膜结晶质量越来越好.样品于900e和1100e 退火后,均由有序散落的大颗粒形成,但颗粒的形态不同:前者由粒状颗粒团簇组成,颗粒表面比较粗糙,而后者则是片融状小颗粒融合而成,颗粒表面比较光滑.(3)在N2气氛中高温退火的薄膜样品出现了CuO纳米线,而在NH3中高温退火的薄膜样品只有微米级CuO颗粒生成.参考文献[1]Wang Wenliang,Li Dongsheng,W an g Zh enjun,et al.S tudy on themorphology and infrared spectrum b ehavior of ultrafine pow derCuO.C hinese Journ al of Inorgan ic Chemistry,2002,18(8):823(in Chinese)[王文亮,李东升,王振军,等.CuO超细粉体的形貌与红外特性研究.无机化学学报,2002,18(8):823][2]Wu Dangxin,Zhang Qiming,T ao M eng.LS DA+U study of cupricox ide:Electronic s tru cture and native point defects.Phys Rev B,2006,73:235206[3]Hong Liangw ei,Zhao Fen gqi,Liu Jianhong,et al.A novel prepara-tion method to nanometer CuO pow er.Chinese Journal of Ex plosive on Propellants,2000,23(3):7(in Ch ines e)[洪良伟,赵凤起,刘剑洪,等.制备纳米氧化铜的新方法.火炸药学报,2000,23(3):7]Analysis to Microstructure of CuO/SiO2Composite Thin FilmsAnnealing at Different AtmospheresShi Feng,Li Yuguo­,and Sun Qinjun(College of Phy sics and E lec tr onic,Sh andong N ormal Univ ersity,Jinan250014,China)Abstract:Cu/SiO2co mposite thin film s w er e depo sited o n n-ty pe Si(111)substr ates using r adio fr equency(RF)mag ne tro n co-sputte-r ing metho d,annea led at high temper ature in N2and N H3a tmo sphe re,and then co oled and ox idated in the air to f or m CuO structur e. M icr ostructur e o f the f ilms wa s analy zed.T he main phase o f sam ple is cubic CuO(200)cr ystal f ace and nano-line structur e fo rm s w ith Cu,O e lements as the m ain co mponents to f o rm C uO/SiO2compo site thin f ilms in the sample sur face a fter annealed at1100e in N2 atmo sphere.A s the a nnea ling temper ature incre ases in N H3atm ospher e,the structur e of CuO t ur ns fr o m m ono clinic cr ystal phase to cubic phase and the cry stal quality of CuO thin films impr ov es.A f ter anne ale d a t900and1100e,o rder ed and scatter ed micr o-pa rt-i cles ar e f or med in samples,and the f or mer is made up o f g ra nular c luster s w ith r o ugh sur fa ce wh ile the latte r is constituted by f lake small par ticles w ith smo oth sur face.Key words:r adio fr equency mag ne tro n co-sputter ing;cupric o xide/silic a co mposite thin film s;m icr ostructur e;annealing atmo s-phe rePAC C:6855;8115Article ID:0253-4177(2008)12-2381-04­Correspon ding auth or.Email:liyuguo-sd@Received22Jun e2008,revised m an uscript received24July2008Z2008C hin ese Institu te of Electronics 2384。

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