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华中科技大学 第二章——纳米薄膜材料的制备

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《纳米薄膜材料PV》PPT课件

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材料化学系
6)移开基片的挡板，设定样片基片的加热程度，把蒸镀材料加热到一定温度（熔点 以上），开始蒸镀。
7)蒸膜厚度达到要求以后，把挡板拨回原位，依次关闭镀膜材料、基片的加热电源， 等基片冷却到室温左右，关闭真空泵，开启钟罩，取出样片进行测试。
注意事项 1)预熔镀膜材料时要保证挡板挡在样片上。 2)样片取出前要冷却样片到室温左右。
若真空度过低，沉积物原子频繁碰撞会相
互凝聚为微粒，使薄膜沉积过程无法进行，或薄膜 质量太差。
(3)气相物质的沉积
气相物质在基片上的沉积是一个凝聚过程。 根据凝聚条件的不同，可以形成非晶态膜、 多晶膜或单晶膜。
若在沉积过程中，沉积物原子之间发生化学 反应形成化合物膜，称为反应镀。
若用具有一定能量的离子轰击靶材，以求改 变膜层结构与性能的沉积过程称为离子镀。
一些金属的蒸发温度
由此表可见大多数金 属的蒸发温度都在 1000度到2000度之间， 而钨、钼的熔点都高 于2000度，因此加热 的金属材料一般都选 钨、钼。
材料化学系
电阻材料的要求∶耐高温、高温下蒸汽压低、不与被蒸发 物发生化学反应、无放气现象和其它污染、合适的电阻率。 所以一般是难熔金属∶W、Mo和Ta等
反之，若膜材料于加热材料不浸润，膜材料 将融为一个液球，成为点蒸发源，如果加热器的形 状不合适液球将从加热器上脱落下来，使蒸镀失败。
蒸镀时要根据膜材料的性质，注意选择加热器的形状。
-不能沉积合金(因不同元素蒸发速率不同)
材料化学系
• ②电子束加热蒸镀
•利用电子束加热可以使钨(熔点3380℃)等高熔点金属熔化。
材料化学系
a:纳米复合功能薄膜：利用纳米粒子所具有的光、
电、磁方面的特异性能，通过复合赋予基体所不具 备的性能，从而获得传统薄膜所没有的功能。

第一章绪论-第二章纳米材料制备

第一章绪论-第二章纳米材料制备
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纳米材料化学
➢在纳米材料发展的初期，纳米材料是指纳米颗粒 和由这些颗粒构成的纳米薄膜或固体。现在，广义 地，纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于纳 米尺度范围或由他们作为基本单元构成的材料。如 果按维数来分类，纳米材料的基本单元可以分为三 类：（i）零维，指在空间三维尺度均在纳米尺度 ，如纳米尺度颗粒、原子团簇等；（ii）一维，指 在空间有两维处于纳米尺度，如纳米丝、纳米棒、 纳米管等；（iii）二维，指在三维空间中有一维 处于纳米尺度，如超薄膜、多层膜、超晶格等。因 为这些单元往往具有量子性质，所以零维、一维、 二维的基本单元分别又有量子点、量子线和量子阱 之称。
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纳米材料化学
1．适应仓储作业过程的要求，有利于仓储业 务的顺利进行。 （1）单一的物流方向 （2）应尽量减少储存物资在库内的搬运距离， 避免任何迂回运输。 （3）最少的装卸环节 （4）最大程度地利用空间
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纳米材料化学
2．有利于提高仓库的经济效益 (1)货区布局应充分考虑地形、地质条件，因 地制宜 (2)平面布置与竖向布置相适应 (3)货区布局能充分和合理地利用我国目前普 遍使用的门式、桥式起重机等固定设备 3．有利于保证安全生产和阶段(1994年前)人们关注的热点是如何 利用纳米材料已挖掘出来的奇特物理、化学和 力学性能，设计纳米复合材料，通常采用纳米 微粒与纳米微粒复合，纳米微粒与常规块体复 合及发展复合纳米薄膜，国际上通常把这类材 料称为纳米复合材料。这一阶段纳米复合材料 的合成及物性的探索一度成为纳米材料研究的 主导方向。
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纳米材料化学
1.2 纳米材料和技术领域研究的对象
➢纳米科学是研究由尺寸在0.1~100纳米（nm）(1ｎｍ 为十亿分之一米 )之间的物质组成的体系的运动规律 和相互作用以及可能的实际应用中的技术问题的科学 技术.在纳米体系中，电子波函数的相关长度与体系 的特征尺寸相当，这时电子不能被看成是处于外场中 运动的经典粒子，电子的波动性在输送过程中得到了 充分的展现。这使得纳米材料具有诸多异于体材料的 特殊物理效应，如表面效应、量子尺寸效应、小尺寸 效应等，对纳米材料的光学特性有很大的影响，甚至 使纳米材料产生宏观大块物体不具有的新的物理和化 学性质.

第二章 薄膜制备技术基础

第二章 薄膜制备技术基础
2021/7/27
（1）旋转式机械真空泵
• 机械泵：凡是利 用机械运动以获 得真空的泵，因 用油来进行密封 ，所以属于有油 类泵。
• 原理：利用机械 力连续抽气、压 缩排除气体。
2021/7/27
2021/7/27
工作过程： 1. 气体从入口进入转子和定子之间 2. 偏轴转子压缩空气并输送到出口 3. 气体在出口累积到一定压强，喷
2021/7/27
Q d (d P)t V V d d tS p P P ( 1 P P 0 )
分离变量，积分得：
P (t)P 0 (P i P 0)ex S V p p t)(
其中： Pi为真空室初始真空度（t=0） P0为真空室极限真空度（t→∞） Pt为真空室某一时刻真空度
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2021/7/27
8.气体的吸附与脱附
• 气体吸附：是指固体表面捕获气体分子的现 象。吸附分为物理吸附和化学吸附。
• 物理吸附：主要靠分子间的相互吸引力，易 脱附，只在低温下有效。
• 化学吸附：当气体和固体表面原子间生成化 合物时，所产生的吸附作用。不易脱附，可 发生在高温下。
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9.电子碰撞气体引起的电离
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2021/7/27
（2）干式真空泵
第四节.抽真空和抽真空设备
一、 抽真空 是利用各种真空泵将被抽容器中的气体抽出 ，使该空间的压强低于一个大气压的过程。
可有多种方法实现抽真空 真空泵：抽真空的装置
2021/7/27
3.抽真空和抽真空设备
二、真空泵 目前常用的真空泵主要有：旋转式机械真空泵 、油扩散泵、复合分子泵、分子筛吸附泵、钛升华 泵、溅射离子泵和低温泵等。前三种属于气体传输 泵，后四种属于气体捕获泵。 能使压力从一个大气压力开始变小，进行排气 的泵常称为“前级泵”；另一些却只能从较低压力 抽到更低压力，这些真空泵常称为“次级泵”。

纳米TiO2薄膜的低温等离子体制备技术

纳米TiO2薄膜的低温等离子体制备技术

纳米TiO2薄膜的低温等离子体制备技术陈兆权;刘明海;但敏;唐亮;程莉莉;胡鹏;胡希伟【期刊名称】《强激光与粒子束》【年(卷),期】2010(22)8【摘要】以四氯化钛为源物质,氩气为载气,氧气为反应气体,利用低温等离子体增强化学气相沉积在硅基表面制备出了TiO2薄膜.使用场发射扫描电子显微镜、X射线衍射仪等检测分析表征TiO2薄膜的性能与性质,并探讨了工艺条件如基片材料、沉积时间和基片温度对薄膜性能的影响.结果表明:制备的薄膜表面光滑均匀,结构致密,最小晶粒尺寸约15 nm;薄膜的晶型主要依赖于沉积温度,低于300 ℃沉积的薄膜是无定形的,300 ℃之上沉积的薄膜是锐钛矿结构.【总页数】5页(P1909-1913)【作者】陈兆权;刘明海;但敏;唐亮;程莉莉;胡鹏;胡希伟【作者单位】华中科技大学,电气与电子工程学院,核聚变与电磁新技术教育部重点实验室,武汉,430074;华中科技大学,电气与电子工程学院,核聚变与电磁新技术教育部重点实验室,武汉,430074;华中科技大学,电气与电子工程学院,核聚变与电磁新技术教育部重点实验室,武汉,430074;华中科技大学,电气与电子工程学院,核聚变与电磁新技术教育部重点实验室,武汉,430074;华中科技大学,电气与电子工程学院,核聚变与电磁新技术教育部重点实验室,武汉,430074;华中科技大学,电气与电子工程学院,核聚变与电磁新技术教育部重点实验室,武汉,430074;华中科技大学,电气与电子工程学院,核聚变与电磁新技术教育部重点实验室,武汉,430074【正文语种】中文【中图分类】O484【相关文献】1.纳米TiO2薄膜的制备技术研究进展 [J], 李莉;宋俊密;陈强2.氢微波等离子体对纳米TiO2薄膜光谱响应改性研究 [J], 余红华;熊予莹;陈俊芳;吴先球3.纳米TiO2薄膜的低温烧结制备及表征 [J], 李玉花;肖清泉;陈朝凤;黄东升;程一兵;曾人杰4.纳米TiO2薄膜的低温制备 [J], 王庆辉;靳映霞;朱忠其;张瑾;柳清菊5.纳米TiO2薄膜制备技术研究进展 [J], 陈小兵;成晓玲;余双平;邓淑华;黄慧民因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

ZnSe纳米晶薄膜的制备及性能研究

ZnSe纳米晶薄膜的制备及性能研究

ZnSe纳米晶薄膜的制备及性能研究发布时间：2021-09-06T15:33:00.390Z 来源：《科学与技术》2021年第12期4月作者：赵湘辉[导读] 采用化学浴沉积法在以硫酸锌（ZnSO4·7H2O）和自制的硒代硫酸钠（Na 赵湘辉深圳莱宝高科技股份有限公司，广东深圳 518107摘要：采用化学浴沉积法在以硫酸锌（ZnSO4·7H2O）和自制的硒代硫酸钠（NaSeSO3）作为Zn2+源和Se2-源的化学溶液体系中制备了ZnSe纳米晶薄膜，通过扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）和分光光度计等测试方法，研究了不同的Zn/Se物质的量比对ZnSe 纳米晶薄膜的表面形貌、晶体结构、光学透过率和禁带宽度等物理和光学特性的影响。

结果表明，反应液中Zn/Se物质的量比对ZnSe纳米晶颗粒尺寸及致密性影响较大，当nZn/nSe=1:4时制备的ZnSe薄膜有较好的致密性和均匀性。

不同Zn/Se物质的量比条件下均制备出(111)取向的立方晶型ZnSe纳米晶薄膜，光学禁带宽度为3.05-3.13eV。

当nZn/nSe≤1:4时制备的ZnSe薄膜在450-800?nm波段透过率达75%以上。

?关键词： ZnSe薄膜；化学水浴法；Zn/Se物质的量比；光学特性1引言硒化锌（ZnSe）纳米晶薄膜属于n型Ⅱ-Ⅵ族化合物直接带隙半导体材料，室温下禁带宽度为2.7eV，由于具有优良的光电性能使其广泛应用于太阳能光伏电池、发光二极管、光电探测器和非线性集成光学器件等领域[1-4]。

目前业内重点研究ZnSe薄膜在CIGS薄膜太阳能电池中的应用，目前主流的CIGS薄膜太阳能电池缓冲层材料为CdS薄膜，相比ZnSe（禁带宽度2.7?eV）[5]，CdS的能带宽度只有2.42?eV不利于CIGS吸收层的短波吸收，而且CdS中含Cd元素是高毒性的重金属，对环境不友好。

ZnSe缓冲层更优的短波吸收及无Cd绿色的优势，成为目前替换CdS作为CIGS薄膜太阳能电池的缓冲层材料最有竞争力的材料。

纳米薄膜制备及性能共84页PPT

纳米薄膜制备及性能共84页PPT
纳米薄膜制备及性能
16、人民应该为法律而战斗，就像为 了城墙 而战斗 一样。 ——赫 拉克利 特 17、人类对于不公正的行为加以指责 ，并非 因为他 们愿意 做出这 种行为 ，而是 惟恐自 己会成 为这种 行为的 牺牲者 。—— 柏拉图 18、制定法律法令，就是为了不让强 者做什 么事都 横行霸 道。— —奥维 德 19、法律是社会的习惯和思想的结晶 。—— 托·伍·威尔逊 20、人们嘴上挂着的法律，其真实含 义是财 富。— —爱献 生
拉ห้องสมุดไป่ตู้
60、生活的道路一旦选定，就要勇敢地 走到底 ，决不 回头。 ——左
56、书不仅是生活，而且是现在、过 去和未 来文化 生活的 源泉。 ——库 法耶夫 57、生命不可能有两次，但许多人连一 次也不 善于度 过。— —吕凯 特 58、问渠哪得清如许，为有源头活水来 。—— 朱熹 59、我的努力求学没有得到别的好处， 只不过 是愈来 愈发觉 自己的 无知。 ——笛 卡儿

第二章薄膜的化学制备方法1

薄膜材料与薄膜技术

化学成膜技术
化学气相沉积(CVD)
1. 化学气相沉积: 沉积过程中发生化学反应，薄膜与原料的 化合状态不一样。
2. 代表性技术：低压CVD(LPCVD), 常压CVD(APCVD), 等 离子体增强CVD (PECVD);金属有机源CVD(MOCVD)
常用
广泛用于制备化合物半导体薄膜。
第二章 薄膜的化学制备方法（1）
薄膜材料与薄膜技术

（4）气态化合物分解制备金属薄膜 Pt(CO)2Cl2 600℃ Pt + 2CO + Cl2 Ni(CO)4 140-240℃ Ni + 4CO
TiI 2 (g) Ti(s) 2I (g)
（4）氧化反应制备Al2O3
Al(CH 3 )6 + 12O 2 450℃ Al2O 3 + 9H 2O + 6CO 2 常用
第二章 薄膜的化学制备方法（1）
薄膜材料与薄膜技术

一、薄膜的热生长
原理 在充气条件下，通过对基片加热，使气体与基片发生
化学反应，生长薄膜。加热方法可以是常规热处理，也可是 快速热处理。化学反应可以是氧化、氮化、碳化等多种反应。 热生长的薄膜以氧化膜为主，特别是对硅的热生长有充分的 研究。
M-C键能小于C-C键，广泛用于沉积金属和氧化物薄膜。
金属有机化合物的分解温度非常低，扩大了基片选择范围 以及避免了基片变形问题。
（3）氢化物和金属有机化合物分解合成制备GaAs
Ga(CH 3 )3 + AsH 3 630 675℃ GaAs + 3CH 4
Cd(CH3 )2 + H2S 475℃ CdS + 2CH4

纳米 材料第二章 纳米材料与技术

缺点：金属和合金一般对激光反射能力很强，直接用激
光加热法对金属和合金进行蒸发制备纳米粉效率较低。
激光——感应复合加热技术
工作原理：
特点：材料对激光的吸收率随温度升高而增大；而且激光
功率越大，吸收率越大。
影响激光－感应复合加热技术纳米颗粒尺寸大小和分 布的因素（以固体火箭推进剂纳米铝粉为例）
原料：纯度为99.99%的工业铝块。
②蒸发原料的蒸发温度高于发热体的软化温度。
➢目前使用这一方法主要是进行Ag、Al、Cu、
Au等低熔点金属的蒸发。
6.2.1.2 激光加热法
➢工作原理：激光能在10-8秒内对任何金属都能产生高
密度蒸气，能产生一种定向的高速蒸气流。
优点：
（1）加热源可以放在系统之外， 不受蒸发室的影响；
（2）高熔点金属和陶瓷均可用它 进行熔融和蒸发。
2、(如图) 惰性气体压力的增加，粒子变大。
3、大原子质量的惰性气体将导致大粒子。（碰 撞机会增多，冷却速度加快）。
因此，纳米粉体粒径的控制： [1]可通过调节惰性气体压力，温度，原子量； [2]蒸发物质的分压即蒸发温度或速率等来控制
纳米粒子的大小；
6.2.1.1 电阻加热法
整个过程是在超高真空室内（0.1Pa以上的真空度）进行。 然后充入低压(约2KPa)的纯净惰性气体(He或Ar，纯度为 99.9996％)。
以纳米铁粉为例，冷态总压81.06kPa，氢氩比1：3，等离 子自由弧轴心线温度在5000～6500K之间，该温度范围内氢的 Kp =45，经计算α＝99.12%。所以： 等离子弧高温区氢离解率接近100%，氢气分子完全离解为 活性氢原子，大量能量被氢分子吸收；
氢在8000K以上才开始明显电离，所以氢进一步电离为氢离 子的程度很小。
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