氮化铝太阳能薄膜
氮化铝光电功能薄膜的制备和特性分析
实验报告实验目的通过磁控溅射法在透明衬底上镀上一层具有光电功能的薄膜，如氮化铝，使用极值法对膜厚进行动态监控，并对薄膜某些光学参数进行测量，如透过率的测量，了解薄膜制备参数对光电特性的影响，以备掌握光电功能薄膜制备的相关知识并更好地运用到科技创新之中。
实验原理磁控溅射系统是在一个真空室内，靶材作为阴极，，靶材下面放置1×10-2-1×10-1T的强力磁铁，电场与磁场相互垂直。
靶材上面是挡板，用来阻止在辉光不稳定是，靶材原子溅射到基片，而污染基片。
转盘是磁控溅射中不可缺少的器件，用来装载基片，基片充当阳极。
溅射过程中常用惰性气体氩气（Ar）作为气体放电的载体。
工作时充入0.1到10Pa压力的Ar，在高压作用下，电子加速飞向靶材的过程中，与Ar气体发生碰撞，使Ar电离产生等离子体辉光放电。
由于电场作用下，加速运动的二次电子受到洛伦兹力的影响，在磁场作用下围绕靶面作圆周运动，所以延长了电子运动的路径，增加了与Ar原子碰撞的几率，电离出来的大量氩离子在高压电场的作用下轰击靶材，发生能量交换，靶材原子得到能量脱离晶格束缚，从靶面溢出而飞向基片，然后沉积到靶面，完成镀膜。
实验仪器磁控溅射镀膜机、计算机、载玻片、光学透过率测量仪实验步骤1、将洁净的载玻片和靶材放在磁控溅射镀膜机的转盘上并密封，打开磁控溅射镀膜机开关，将镀膜室抽成真空状态。
2、对载玻片进行镀膜。
3、关闭磁控溅射镀膜机，用镊子取出镀膜后的载玻片，装入专用袋中保存。
4、打开光学透过率测量仪，将镀膜后的载玻片放入仪器内。
打开计算机程序，对载玻片镀膜进行透过率测量，保存数据。
实验注意事项1、靶材应当有相当的纯度和均匀的密度并在使用时保持洁净。
2、基片应与靶材平行，因为在于靶材不同的距离上金属蒸汽的密度、温度情况、磁力强度等镀膜条件是不同的，若不平行，则可能导致膜开裂、翘曲等问题。
3、基片表面应洁净，表面的洁净度直接影响镀膜的均匀性、附着强度。
氮化铝薄膜制备
氮化铝薄膜制备
氮化铝薄膜制备是一种常用的表面处理技术，其制备需要使用不同的方法和设备。
其中，常用的方法有物理气相沉积、化学气相沉积和磁控溅射等。
在物理气相沉积方法中，通常采用电子束蒸发或磁控溅射技术，将高纯度的氮化铝材料蒸发或溅射到基底上，形成氮化铝薄膜。
在化学气相沉积方法中，常用的是低压化学气相沉积技术和金属有机化学气相沉积技术，这些方法能够在较低的温度下制备出高质量的氮化铝薄膜。
在磁控溅射方法中，通过在氮气气氛下利用磁场的作用将氮化铝材料溅射到基底上，形成氮化铝薄膜。
此外，还可以通过离子束辅助沉积和分子束外延等方法制备氮化铝薄膜。
氮化铝薄膜具有优异的耐高温性、耐腐蚀性和硬度等特性，因此广泛应用于光学、电子、航空航天等领域。
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氮化铝薄膜纵波声速
氮化铝薄膜纵波声速氮化铝薄膜纵波声速是指在氮化铝薄膜中传播的纵波声波的速度。
氮化铝是一种具有高硬度、高热稳定性和化学惰性的材料，因此被广泛应用于各种领域，如电子、光学、机械等。
了解氮化铝薄膜纵波声速对于研究其物理特性和应用具有重要意义。
1. 氮化铝薄膜纵波声速的测量方法目前测量氮化铝薄膜纵波声速的方法主要有两种：一种是基于表面声波(SAW)技术，另一种是基于超声技术。
表面声波技术是利用表面声波在晶体中传播时会产生电信号的特性，通过测量电信号之间的时间差来计算出表面声波在晶体中传播的速度。
这种方法适用于厚度较大的晶体，但对于厚度较小的氮化铝薄膜来说不太适用。
超声技术则是利用超声在物质中传播时会产生反射和折射的特性，通过测量反射和折射的时间差来计算出声速。
这种方法适用于薄膜材料，可以测量出氮化铝薄膜中的纵波声速。
2. 影响氮化铝薄膜纵波声速的因素氮化铝薄膜纵波声速受到多种因素的影响，主要包括厚度、晶体结构、温度等。
首先是厚度。
随着氮化铝薄膜厚度的减小，其纵波声速也会相应减小。
这是由于在较小的厚度下，氮化铝晶体结构受到表面效应和缺陷的影响，导致晶格常数发生变化，从而影响了纵波声速。
其次是晶体结构。
氮化铝有两种晶体结构：六方晶系和立方晶系。
其中六方晶系的氮化铝具有更高的硬度和更好的热稳定性，因此被广泛应用于各种领域。
不同晶体结构下氮化铝薄膜中纵波声速也会有所不同。
最后是温度。
随着温度的升高，氮化铝薄膜中的纵波声速也会相应增加。
这是由于在高温下，氮化铝晶体结构发生变化，晶格常数变大，从而影响了纵波声速。
3. 应用领域氮化铝薄膜具有高硬度、高热稳定性和化学惰性等优良特性，因此被广泛应用于各种领域。
首先是电子领域。
氮化铝薄膜可以用于制作电子元器件中的金属-绝缘体-金属(MIM)结构和场效应晶体管(FET)等。
其中MIM结构中的氮化铝薄膜可以作为介质层，具有很好的电介质特性；FET中的氮化铝薄膜可以作为栅极材料或隔离层材料。
氮化铝电热膜使用温度
氮化铝电热膜（Aluminum Nitride, AlN）是一种高性能的电热材料，具有优异的散热性和耐高温特性。
其使用温度取决于具体的产品设计和制造工艺，通常可以承受较高的温度。
一般来说，氮化铝电热膜可以在高温环境下正常工作，其使用温度范围通常在400°C至1000°C之间。
然而，实际使用温度还会受到其他因素的影响，如电压、电流密度、散热条件等。
需要注意的是，在实际应用中，如果超过了氮化铝电热膜的额定使用温度或超出其能够承受的极限温度，可能会导致材料破裂、失效或损坏。
因此，在选择和使用氮化铝电热膜时，应遵循供应商提供的规格和操作指南，并确保在安全的温度范围内使用。
太阳能热水器集热器表面涂层材料研究
太阳能热水器集热器表面涂层材料研究随着环保意识的不断提高，太阳能热水器正逐渐成为人们选择的热水供应方式。
然而，太阳能热水器的集热器表面涂层对其性能有着非常重要的影响。
因此，探究太阳能热水器集热器表面涂层材料的研究显得尤为重要。
目前，太阳能热水器集热器表面涂层材料主要有氮化铝、氧化铝、二氧化钛、二氧化硅等多种，下面我们就分别从材料的优点及适用范围等方面来介绍一下它们。
首先是氧化铝，该材料具有很好的热稳定性、耐腐蚀性和机械强度，同时它还具有高反射率、低吸收率和高透光率等优良特性。
因此，氧化铝能够有效地吸收大量太阳能，使得太阳能热水器的热转换效率得到提高。
此外，氧化铝还能适应各种环境的需求，不易受到外界条件的影响。
不过，从价格的角度来看，它的价格相对较高，不太适合于大规模的生产。
其次是氮化铝，氮化铝具有良好的化学惰性和高的抗腐蚀性能，同时还能够很好地吸收太阳光谱中的红外线和紫外线，确保了太阳能热水器的高热吸收率和低热辐射率。
此外，氮化铝的价格相对较低，适合于大规模的生产。
但是由于其硬度很高，加工难度也就相应很大。
同时，二氧化钛和二氧化硅两种材料也都有着独特的优点。
二氧化钛具有高反射率、低折射率、高透波率等特性，同时还能很好地吸收紫外线和红外线。
而二氧化硅则具有优异的防腐性、高温稳定性和透光性，因此也适合用于太阳能热水器的集热器表面涂层。
除了以上材料外，还有其他一些具有特殊性质的材料，如纳米材料、红外线吸收材料等，也都可以适用于太阳能热水器集热器表面涂层。
综上所述，太阳能热水器集热器表面涂层材料的研究十分重要且复杂。
在选择材料时，需考虑其在不同环境下的稳定性、价格、加工难度等因素，以达到提高太阳能热水器性能的目的。
希望今后能有更多的研究人员和生产厂商投身于相关研究中。
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龍論The Study of The Solar Selective-absorber on Aluminum Nitride Thin-films94年1論 數 57龍93 年度 1連利 連 ( ) ( 80 nm) ( 60 nm) ( 10 nm) ( 60 nm) 例不易 率 率 率 28% 率 86.4% 率 3%流量 ( 50 sccm) 不易 率 不 10 nm 率ABSTRACTKey words : in-line sputtering, AlN, selective absorbing filmThis study investigates sputtering multilayer inter-lapping, i.e., one layer of aluminum (Al), one layer of aluminum nitride (AlN), to form solar selective-absorber films by adopting a in-line sputter. Soda-line glass (TN glass) substrate, the first layer is a reflector of aluminum thin-film (about 80 nm); the second and third layers operate as absorbers-an AlN thin-film (close to 60 nm) and a thinner aluminum thin-film (about 10 nm), the fourth layer is an anti-reflector of AlN thin-film (about 60 nm). Most of the solar selective-absorber multilayer films are gradient. The thin-film ratio of coating-layer mixing to cannot be controlled easily, which controlling repeatability more difficult. This study coated multilayer films by applying the inter-lapping procedure to analyze the efficiency of applying inter-lapping to solar selective-absorber films, and to search for identify the process of absorbing films with a increasing light-heat conversion efficiency (LHCE). In this experiment, the LHCE is approximately 28% with an absorption rate of 86.4% and a radioactivity rate of 3%. The repeatability can be controlled easily.Results of this study demonstrate that when the nitrogen flow utilized is small (about 50 sccm), the repeatability of a high LHCE is not easily obtained. Moreover, the aluminum thin-film absorber on the third-layer should not be too thick, preferably below 10 nm if a better absorption conversion efficiency is to be obtained.讀 不 精神 了 論 年 度 論更 利老 論 老 論 論 更隆 切 勵 度勵 利 論識 龍 2003.01 (i) (ii) (iii)錄 (v)錄 (vi)錄 (vii)論 (1)1.1 (1)1.2 (2)1.3 (7)理論 (8)2.1 理 (8)2.1.1 輻 (8)2.1.2 理 (9)2.2 理 (11)2.2.1 (sputter) (11)2.2.2 (12)2.3 類 (15)2.3.1 流 (DC sputtering) (15)2.3.2 (RF sputtering) (16)2.3.3 (reactive sputtering) (17)2.3.4 (magnetron sputtering) (18)2.2.5 (19)2.4 (20)2.5 度 率 (21)料 (22)3.1連 (22)3.1.1 (23)3.1.2 (24)3.2離 (24)3.3 料 (25) (26)4.1 理 (26)4.2 (27)4.3 參數 (28)4.4 (30)4.4.1 (30)4.4.2 (30)4.4.3 (SEM) (30)4.4.4 率量 (30)4.4.5 率量 (31)4.4.6 率量 (31)論 (32)5.1 (32)5.1.1 A 率 率 (33)5.1.2 B 率 率 (35)5.1.3 C 率 率 (36)5.2 度 率 (38)5.2.1 A SEM (39)5.2.2 B SEM (44)5.2.3 C SEM (47)5.3 流量 率 (50)六 論 (53)參 (55)1-1 (4)3-1 (25)4-1 參數 (28)4-2 參數A類 (29)4-3 參數B類 (29)4-4 參數C類 (29)5-1 A B C類 度 (32)5-2 A 率 (34)5-3 B 率 (36)5-4 C 率 (37)1-1 輻 量 (5)1-2 (6)2-1 輻 料 (8)2-2離 (12)2-3 (14)2-4 流 (14)2-5 流 (15)2-6 流 (16)2-7 (17)2-8 路 (18)2-9 路 (19)2-10 率 率 度 (21)3-1連 (23)4-1 (27)5-1 A 率 (34)5-2 B 率 (35)5-3 C 率 (37)5-4 A 不 SEM (40)5-5 B 不 SEM (45)5-6 Al 4 8kw 4 AlN 10kw 4 (47)5-7 C 不 SEM (48)5-8 A 不 XRD (50)5-9 C 不 XRD (52)論1.1類 度 類 來 綠 行 利類 … (non-renewable energy) 來 來 連 力 力 來說 了 料 來 例 料便 年 來 綠 例 量 度 理 了 率理 益 兩 理 (Physical Vapor Deposition, PVD) (Chemical Vapor Deposition, CVD) 理 理 來 行 來 行 利 理 (Plasma sputtering deposition) 量 理 利 離行 理輻 良 量 輻 量 度 輻 率 率 例1.21950年 Tabor 金 Martin Bell 1960年 了 SiO2-Al-SiO2 Al 輻 0.1 率 Williams 1963年 硫 粒狀 年Hollands 輻 度 率 (Electro deposition) (Evaporation) 理 … [1] 金 金 … 利 理 行 良 理 不 理 兩 理 20年來 不 領1970年 更 1-1 Cu Al Mo 率 0.75~0.95 率 0.03~0.12 率 率 ( / ) 5.0~32.0 度 300~800 400量 [2-3] [4-6] [7-11] 力不 不 度不易 量 量 [12] 來1-1 [13]輻 (300 ~2300nm) 1-1 良 金 率 [7] 連 數 率 率 連 率 了 輻 率1-1 輻 量 [13]1970年 1980年 (Stainless Steel Carbon, SS-C) (AlN) 金 AlN 金 立 更 1992年 梨 連 金 率 [09-10] 率 輻率 兩 不 例 金 1-2 1-2 金 (Metal infrared reflector) 不 例 金 金 金 率(High Metal V olume Fraction, HMVF) 不 例 金 金 (Cermet absorber) 金 率(Low Metal V olume Fraction, LMVF) 金 兩 例 金 率 金 率 (Ceramic anti-reflection)Ceramic anit-reflectionLMVF cermet absorberHMVF cemet absorberMetal infrared reflector1-2[35-36] 了 不 不 …率 0.960 率 0.108 率 0.958 率 0.106 兩 數 數 率 率 金 金 料 率 金 金 金1.3例 利 … 來 量 率不 裂 (sputter) 兩 (Al/AlN) 立良 度 度 率 率 異 良 參數 參數 參 利 量 率了 (6.2eV) 率()11170~100−−K Wm [37] 度 度 [38]… 異 率 兩 益 率 率 來 更 率理論2.1 理2.1.1 輻兩 參數 率 率( ) 度 率( ) 率 率 列 [39]()()()[]()./,100∫∫∞∞−=λλλλθλθαd A d R A ----------------------------(1)-------------------(2) ()()()[]()∫∫∞∞−=00,/,1,,λλλλθλθεd T E d R T E T A( ) 輻 E(T, ) R( , ) 度 率輻 料 ( ) 2-12-1輻 料若 量 T 量()()4..................................................13............................................=++++=τρατραT T T T率 (absorbtance): 量率 (reflectance): 量率(transmittance): 量度 理 狀 不 輻 量 ()5.........................................................1=+ρα率(emittance) 度 ( =1 ) 輻 量2.1.2 理… 輻 率 率 輻 不 度 輻 度 不 率 率( ) 度 率輻 良 量輻 輻 力 輻 量 度 度 量 輻 不 流 輻 量(HA ) 量()4AT εσ 度 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2-5 離 離 量 量 度 離 度 量 流累 量 離 流 累 累 流 離 流 量 (sheath)[45] 降 DC 2-5 流 離 便2-5 流 [45]2-6 流 [45]2.3.2 (RF sputtering)流 若 不 不 累 累 量 不 零 流 不易 不良 料 流 來 累 流 便 不 若 流 率不 不 累 不 Chapman 流 率 1MHz 便 [46] (Radio Frequency, RF) 13.56 MHz 切 流 切 率 1 MHz 不 累 串聯 路(matching network) 利 串聯 (C-tune) 聯 (C-load) 率降 [47-48] 2-72-7 [47-48]2.3.3 (reactive sputtering)不 利 (Ar) 離 金 行 金 度 不易 理論 度 不 度 金 度 便2.3.4 (magnetron sputtering)離 率 率 了 (magnetron sputtering deposition) 2-8 螺 若 力 立 螺 狀 2-9 離 率 離率 便 更 離 更 粒 率 率 便2-8 路 [49]2-9 路 [49]2.3.5利 (He Ar… ) 路 更 率 利 率 量 率 省利 不 省2.4量 了 力 力 度 離 度 了 量 留 兩類 (1) 力 (Thermo-dynamically favored) (2) 力 ( Kinetically favored )兩 兩 不 不 (prefer orientation)(1) 力 : 若 力 理論 (thermodynamicallydriven) 量來力 理論 兩(surface energeanisotropy) 力(atom mobility) 度料 類 不 [50](2) 力 : 若 力 (kinetically driven)數(sticking coefficient) 不率 不力不2.5 度 率[51] 論 率 率 度 2-11 金 率 金 Mo Co-Al2O3 金 率 60% Al2O3 度 70nm 率 量 率 0.925 率 0.032 率 28.9% 度 率 率 率 例2-10 率 率 度 [50]料(AlN) 不 率 率 量 率 利 率量 率 率 利 輪廓 量 度 (SEM) X (X-rd) 率 金 金量 利 連3.1連利 力 度 力(10-2torr) (10-5torr) 力 復 力 易 易連 (1 2 3) (A B C D) 度 3-1 力 度 1 atm ～ 連 (Buffer Chamber) 度 (Coatting Chamber) :Cu Al Cr Sus…… 金 度torr 210−torr torr 5210~10−−torr torr 9510~10−−3-1 連3.1.1魯 (root pump, RP) (booster pump, BP )度 度 率 2 3 魯 (root pump) (diffusion pump) 度 ; 魯 力 不 冷 冷 30torr 310−torr 510−3.1.2狀 力 10-2 torr 力 10-2 torr~10-5torr 力 10-5 torr 狀 3-1 A RP BP 力 力 A A RP BP 度 10-2 torr 力 B B 力 C (coating chamber) 來 度 C C 力 B B RP BP 力 A 連torr 210−3.2離離 (Ion-Source) … 利 行 :(plasma) 理 量離 量離 利利 度易洞 力 金 更 離 裡 離 類不良 離 離 力 離 (plasma) ( He Ar… )torr 310−3.3 料量 3-13-1 Al 2O 3 CaO Fe 2O 3 MgO Na 2O+K 2O SO 2 SiO 2量1.0~2.0% 7~12% 0.05~0.2%1.0~4.5%13~15% 0~0.3% 70~73%:度 (Density):33/105.2m kg × 數 (Young’s Modulus) : 23/105.7mm kg × 易 (Poisson’s Modulus) : 0.22 度(Mohs Hardness) : 6.5數 (Thermal Expansion) : (85-90) 20-350mm/mm /107− (Specific Heat) : 0.19 cal/g 0-50 數 (Thermal Conductivity) : 0.68 kcal/m行 連 量 連 量 利 連 行 參數 流量(sccm 立 / ) 率(kw) 度(mm/min) 率 率 參數 利 (SEM) X (XRD) 輪廓 度 率4.1 理利 20 100 60了 更 離 暴露 立 O2 C H2O 數量不 力( ) 利 來 (Inert gas) (Argon) 了 率 O2 H2 Ar來 O H2 H2O C O2 CO CO24.2金 不 若 金 金 了 暴露 度金 金 率 金 來 金 率 率 了Al-AlN 4-2 率 料 Al2O3 AlN AlN 度 率( 率 率) 了 度AlN ( )Al ( ) + AlN ( )Al ( )4-1度 99% 連 不 … 連 降 來 兩 兩 流量 度4.3 參數參數 4-14-1 參數(99.99%)力 (torr) torr65−×10力 (torr) torr3×3−10率(kw) (A B C)流量 (sccm) 300 sccm流量(sccm) (A B C)度( ) 不度(mm/min) (A B C)數 (A B C)參數 :A類 B類 C類 4-2 4-3 4-4 率( 率 率) 率 率4-2 參數 A 類4-3 參數 B 類4-4 參數 C 類4.44.4.1輪廓 -step 量 mask 利 兩 度 -step量4.4.2X (Xrd) Ni濾 (Cu K ) =1.5418 40kv 流30mA 度2 20度～60度 1度 604.4.3 (SEM)利 理 (Secondary Electron Images, SEI) 量 粒4.4.4 率量率 Intec 2164 (International Technology Corporation)4.4.5 率量率 Devices & Services RDF4.4.6 率量cd-2700d 量 量 400nm~700nm 率 參論(A B C)類 度 度 流量 來了 率 度 A B C類 度 A B類 A 類 度 31.4mm/min B類 度 15.7mm/min 流量 A C類 A類 流量 50sccm C類 流量 200sccm 類 來5.1利 輪廓 量 度 度 800 Å 800 Å AlN 600 Å 都 A B C類 率 5-1 A B C類 度5-1 A B C類 度5-1 A B C類 度( )5.1.1 A 率 率A 率 5-1 400nm~500nm A 500nm~700nm A1 A2 A4 A7 輻 輻 量 500nm~700nm 量 輻 A1 A4 A7 率 率 率 率 降5-2 了 率 率降 率 率 率 降 率 率 率 A2 A3 A6 率都 20%5-1 A 率5-2 A 率A 率 % 率 % 率 %A1 0.05 0.756 15.12 A2 0.03 0.761 25 A3 0.03 0.647 21 A4 0.06 0.765 12.75 A5 0.04 0.686 17.15 A6 0.03 0.715 23.83 A7 0.05 0.755 15.1 A8 0.04 0.655 16.38 A9 0.04 0.647 16.185.1.2 B 率 率A 數 良 率 率 降 率 率 10% 5-2 輻 率 輻B [51] 度 不 率 度 5-3 率 率 率 度 率 率兩 不 行 率 10% 率 70% 率5-2 B 率5-3 B 率B 率 % 率 % 率 %B1 0.13 0.714 5.49B2 0.14 0.859 6.13B3 0.14 0.867 6.19B4 0.14 0.878 6.275.1.3 C 率 率B 率 率 率 B 率不 率 400nm~500nm 輻 500nm~700nm 輻C 度 更 度 度 5-3 率 率降 率 5-4 都 A B類 率來 良5-3 C 率5-4 C 率C 率% 率 % 率 % C1 0.03 0.615 20.5 C2 0.02 0.723 36.15 C3 0.03 0.836 27.87 C4 0.03 0.864 28.85.2 度 率(A 類 B 類 C 類 ) 不 A C 類 度 31.4mm/min B 類 度 15.7mm/min A B 類 兩 兩 度 兩 SEM 兩 兩 度不 率量 率 率 兩 數 B 類 率 SEM B 類 A 類 SEM 不 5-4 5-5 B 類 不 ( ) 度 不 量221mv T =[52] 量 度 量 不 不 量 [53] 度 率5.2.1 A SEMA SEM 5-7(A~J) 都 狀 [54] 金 兩 不 不 狀 狀 率 狀 狀 不 率 連 不 連 5-2 率 20% A2 A3 A6 SEM 5-4 SEM (B) (F) (J) 粒 了 狀 連 5-4 SEM (C) SEM SEM 粒 5-4 SEM (C) 粒 連 率 不(A) A1 SEM(B) A2 SEM5-4 A 不 SEMC A3 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