10 第八章 薄膜的结构与缺陷
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钙钛矿相关功能薄膜的界面及缺陷原子结构钙钛矿是一种具有重要应用潜力的材料,其在能源转换、光电子器件等领域具有广泛的应用前景。
在钙钛矿相关功能薄膜中,界面和缺陷的原子结构起着关键作用。
本文将从界面结构和缺陷结构两个方面进行探讨。
一、界面结构界面是指两种不同材料之间的交界面,钙钛矿薄膜中的界面结构对其性能具有重要影响。
钙钛矿薄膜的界面结构通常分为两类:内部界面和外部界面。
1. 内部界面内部界面是指钙钛矿薄膜中不同晶体之间的交界面。
钙钛矿薄膜通常由多个晶粒组成,晶粒之间存在内部界面。
这些内部界面通常由晶粒的排列方式和晶体结构的差异所决定。
内部界面的存在对钙钛矿薄膜的光电子性能具有重要影响,因为界面的存在会引入能带弯曲、电荷分布不均等现象,从而影响材料的导电性和光吸收性能。
2. 外部界面外部界面是指钙钛矿薄膜与其他材料之间的交界面。
钙钛矿薄膜在实际应用中通常需要与其他材料进行结合,形成复合材料或器件结构。
外部界面的性质决定了钙钛矿薄膜与其他材料之间的相互作用和能量传递方式。
外部界面的稳定性和适应性对钙钛矿薄膜的性能和寿命具有重要影响。
二、缺陷原子结构缺陷是指材料中的点缺陷、线缺陷或面缺陷等。
在钙钛矿薄膜中,缺陷的存在对其光电子性能具有重要影响。
常见的钙钛矿薄膜缺陷包括空位缺陷、离位缺陷和杂质缺陷等。
1. 空位缺陷空位缺陷是指晶格中原子位置上的空位。
钙钛矿薄膜中的空位缺陷可以影响电子和离子的迁移和输运行为,从而影响材料的导电性和光吸收性能。
2. 离位缺陷离位缺陷是指晶格中原子位置上存在替代原子。
钙钛矿薄膜中的离位缺陷可以引入能带弯曲和电荷分布不均等现象,从而影响材料的电子结构和光学性能。
3. 杂质缺陷杂质缺陷是指材料中掺入了其他杂质元素。
钙钛矿薄膜中的杂质缺陷可以改变材料的能带结构和电子结构,从而影响其光电转换性能。
总结:钙钛矿相关功能薄膜的界面和缺陷原子结构对其性能具有重要影响。
界面结构可以分为内部界面和外部界面,它们的性质和稳定性决定了钙钛矿薄膜的光电子性能和应用前景。
薄膜的组织结构是指它的结晶形态.分为四种类型;非晶态结构、多品结构、纤维结构和单晶结构。
(1)非晶态结构。
从原子排列情况来看它是一种近程有序结沟,只有少数原子排列是有秩序的,显示不出任何晶体的性质,这种结构称为非晶结构或玻璃态结构。
形成非晶薄膜的工艺条件是降低吸附原子的表面扩散速率。
可以通过降低基体温度、引入反应气体和掺杂的方法实现上述条件。
(2)多晶结构。
多晶结构薄膜是由若干尺寸大小不等的晶粒所组成。
在薄膜形成过程中生成的小岛就具有晶体的特征(原子有规则的排列)。
由众多小岛聚结形成的薄膜就是多晶薄膜。
用真空蒸发法或阴极溅射法制成的薄膜,都是通过岛状结构生长起来的,所以必然产生许多晶粒间界,形成多晶结构。
(3)纤维结构。
纤维结构薄膜是晶粒具有择优取向的薄膜,根据取向方向、数量的不同分为单重纤维结构和双重纤维结构。
前者是各晶粒只在一个力向上择优取向,后者则在两个方向上有择优取向。
有时前者称为一维取向薄膜,后者称为二维取向薄膜。
沿C轴择优取向AlN膜的结构在玻璃基体上的的A1N压电薄膜是纤维结构薄膜的典型代表。
生长在薄膜中晶粒的择优取向可发生在薄膜生长的各个阶段:初始成核阶段、小岛聚结阶段和最后阶段。
若吸附原子在基体表面上有较高的扩散速率,晶粒的择优取向可发今年薄膜形成的初期阶段。
在起始层中原了排列取决于基体表面、基体温度、晶体结构、原子半径和薄膜材料的熔点。
如果吸附原于的表面扩散速率较小,初始膜层不会产生择优取向,当膜层层较厚时则形成强烈的对着蒸发源方向的取向。
晶粒向蒸发源的倾斜程度依赖于基体温度、气相原于入射角度和沉积速率等。
(4)单晶结构。
单晶结构薄膜通常是用外延工艺制造的。
外延生长的第一个基本条件是吸附原子必须有较高的表面扩散速率.所以基体温度和沉积速率就相当重要。
在一定的蒸发速率条件下,大多数基体和薄膜之间都存在着发生外延生长的最低温度,即外延生长温度。
第二个基本条件是基体与薄膜材料的结晶相溶性。