磁控溅射法制备几种金属、金属氧化物薄膜及其性质研究--《河南大学》2011年硕士论文
磁控溅射法制备几种金属、金属氧化物薄膜及其性质研究
【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TiO_2/WO_3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H_2S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H_2S气体,在常温下CuO纳米线阵列薄膜能够对低浓度的H_2S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H_2S气体;与CO气体不同的是:当测试温度升高时,其电阻值在H_2S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TiO_2、WO_3与TiO_2/WO_3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TiO_2/WO_3异质结薄膜,其瞬态光电压信号与TiO_2、WO_3的信号相反,其瞬态光电压值几乎为TiO_2、WO_3的3倍。这些现象说明TiO_2与WO_3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TiO_2与WO_3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。
【关键词】：
【学位授予单位】：河南大学【学位级别】：硕士【学位授予年份】：2011【分类号】：TB383.2【目录】：
中文摘要4-5
Abstract5-9
第一章：绪论9-25
1.2 纳米材料的基本效应9-11
1.3 金属氧化物纳米材料的制备方法11-12
1.4 金属氧化物纳米材料的研究现状及应用12-19
1.5 功能性薄膜目前存在的主要问题19-20
1.6 论文的研究思路及主要内容20-21
参考文献21-25
第二章 氧化铜纳米线阵列薄膜的制备及其气敏性质25-39
2.1 引言25-26
2.2 磁控溅射法制备薄膜的原理及操作规程26-29
2.3 实验部分29-30
2.3.1 材料制备29
2.3.2 材料表征29
2.3.3 气敏特性测试结构29-30
2.4 实验结果与讨论30-36
2.4.1 形貌与结构30-33
2.4.2 气敏性质表征33-36
2.5 本章小结36-37
参考文献37-39
第三章 Ti0_2/W0_3复合薄膜的动态电荷传输特性39-49
3.1 引言39
3.2 实验部分39-40
3.2.1 材料制备39-40
3.2.2 材料表征40
3.3 实验结果与讨论40-46
3.3.1 形貌、结构与I-V 特性40-42
3.3.2 紫外-可见吸收光谱42
3.3.3 Ti0_2/W0_3 复合薄膜的动态电荷分离与传输42-46
3.4 本章小结46-47
参考文献47-49
第四章 金属与金属氧化物超薄膜的制备49-59
4.1 引言49
4.2 实验部分49-50
4.2.1 材料制备49-50
4.2.2 材料表征50
4.3 实验结果与讨论50-56
4.3.1 薄膜的形成过程50-52
4.3.2 薄膜粗糙度的研究52-53
4.3.3 电压对粒径大小的影响53-54
4.3.4 热氧化法制备金属氧化物54-56
4.4 本章小结56-58
参考文献58-59
工作总结与展望59-61
工作总结59-60
存在问题与展望60-61
硕士期间完成的论文61-63
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磁控溅射金属薄膜的制备
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3秒自动关闭窗口磁控溅射镀膜工艺六大常见问题点及改善对策_pvdchina_天涯博客
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膜机工作原理是在真空状态下，使用弧光放电和辉光放电的工作原理。在金属和非金属的工件表面上镀制金色的氮化钛，黑色碳化钛，七彩的氮氧化钛等。亦可镀防腐蚀膜（如AL,Cr不锈钢及TiN等）和耐磨膜，膜层与基底结合牢固，利用溅射工艺进行镀膜，可提高膜层的附着力、重复性、致密度、均匀度等特点。适合于塑料制品、陶瓷、树脂、水晶玻璃制品等、工艺品、塑料手机壳、电子产品、建材等行业，具有很好的发展前景。
磁控溅射镀膜工艺六大常见问题点及改善对策：
1.膜层灰暗及发黑
&(1)度低于0.67Pa。应将真空度提高到0.13-0.4Pa。
&(2)氩气纯度低于99．9％。应换用纯度为99．99％的氩气。
&(3)充气系统漏气。应检查充气系统，排除漏气现象。
&(4)底漆未充分固化。应适当延长底漆的固化时间。
&(5)镀件放气量太大。应进行干燥和封孔处理
2.膜层表面光泽暗淡
&(1)底漆固化不良或变质。应适当延长底漆的固化时间或更换底漆。
&(2)溅射时间太长。应适当缩短。
&(3)溅射成膜速度太快。应适当降低溅射电流或电压
3.膜层色泽不均
&(1)底漆喷涂得不均匀。应改进底漆的施涂方法。
&(2)膜层太薄。应适当提高溅射速度或延长溅射时间。
&(3)夹具设计不合理。应改进夹具设计。
&(4)镀件的几何形状太复杂。应适当提高镀件的旋转速度
4.膜层发皱、龟裂
&(1)底漆喷涂得太厚。应控制在7&lOtan厚度范围内。
&(2)涂料的粘度太高。应适当降低。
&(3)蒸发速度太快。应适当减慢。
&(4)膜层太厚。应适当缩短溅射时间。
&(5)镀件温度太高。应适当缩短对镀件的加温时间
5.膜层表面有水迹、指纹及灰粒
&(1)镀件清洗后未充分干燥。应加强镀前处理。
&(2)镀件表面溅上水珠或唾液。应加强文明生产，操作者应带口罩。
&(3)涂底漆后手接触过镀件，表面留下指纹。应严禁用手接触镀件表面。
&(4)涂料中有颗粒物。应过滤涂料或更换涂料。
&(5)静电除尘失效或喷涂和固化环境中有颗粒灰尘。应更换除尘器，并保持工作环境的清洁
6.膜层附着力不良
&(1)镀件除油脱脂不彻底。应加强镀前处理。
&(2)真空室内不清洁。应清洗真空室。值得注意的是，在装靶和拆靶的过程中，严禁用手或不干净的物体与磁控源接触，以保证磁控源具有较高的清洁度，这是提高膜层结合力的重要措施之一。
&(3)夹具不清洁。应清洗夹具。
&(4)底涂料选用不当。应更换涂料。
&(5)溅射工艺条件控制不当。应改进。分类： |