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b和Cu2O薄膜的电化学沉积2.2 Pb和Cu2O薄膜的电化学沉积实验室前期系统研究了Pb的成核生长,并用于钙钛矿太阳能电池的制备。前期的研究发现Pb在ITO基底上的生长过程属于渐进成核的岛状生长。Cu2O为半导体材料,其能隙与生长条件有关,大约在1.9-2.2eV。它具有吸收系数高、材料丰富、无毒、制造成本低等优点,在太阳能转换、电极材料、传感器和催化等领域具有广泛的应用前景。如图1-7所示,是简单的Cu2O能带模型,根据所涉及的价带和导带,可以区分四个激子序列,根据所涉及的波段,可以分为黄、绿、蓝和紫激子系列。在这个模型中,激子的波函数包括所谓的包络函数,它描述了电子和空穴的相对运动,以及 ...
SDTR一种薄膜面内各向异性热导率的测量方法近年来,随着半导体行业的迅猛发展,半导体元件的体积急剧减小,对芯片或薄膜材料的热物性探究至关重要,这样给予针对超小尺寸的热物性探测技术提供了发展需求,而其中基于光学的热反射法的发展使得小尺寸(亚微米)样品的热导率测量变得容易。在频域热反射法FDTR测量中:锁相放大器的参考相位需要被精确计算以减小对相位滞后信号的影响。SDTR-(SpecialDomain ThermalReflection)空间热反射同样是基于激光泵浦-热反射的探测技术,可以针对小尺寸薄膜样品的面内热物性的测量方法。相比于其他激光泵浦探测方法(如:TDTR,FDTR)它的优势是可以测 ...
. 氧化亚铜薄膜的制备及其光电性能研究[D]. 西南交通大学, 2016. [25] 董金矿. 氧化亚铜薄膜的制备及其光催化性能的研究[D]. 安徽建筑大学, 2014. [26] 张桢. 氧化亚铜薄膜的电化学制备及其光催化和光电性能的研究[D]. 上海交通大学材料科 学与工程学院, 2013. [27] DISSERTATION M. Cellulose Derivative and Lanthanide Complex Thin Film Cellulose Derivative and Lanthanide Complex Thin Film[J]. 2017. [28] NIE J, ...
渡金属层增加薄膜之间的附着力。操作步骤:首先,将处理好的硅片放在样品托上,靶材Ta和靶材金均放在直流靶上,关闭腔体进行抽真空,使真空度达到3×10-5Pa;然后打开氩气使腔体得工作压强是0.5Pa,接着开启直流电源,在可以观察到起辉后,于室温下进行溅射。首先在磁控溅射功率70W、氩气流速为35sccm条件下溅射10nm的Ta层作为过渡层,然后在磁控溅射功率30W、氩气流速为25sccm条件下溅射生长100nm的金层作为该实验的基底。2.2椭偏仪在位监控2.2.1椭偏仪图2-1是实验用的椭偏仪测试装置部分的实物图,其型号是Ellip-SR-I。可以看到该部分由基座、样品台、入射臂、出射臂探测器和 ...
A或VSA对薄膜结构进行实时控制。本文根据实验前期研究,以现有椭偏仪为基础,进行椭偏仪在位监测电化学沉积的构建。电化学沉积过程涉及到界面层、薄膜生长和到固液界面的问题,从另外一个角度对电化学沉积的解构,也为下一步进行固液界面的研究提供一种方法。因此本文主要的研究内容包括:1、在位监控装置的设计。主要展开电解池的设计,包括用COMSOL进行电场分布的拟合,从而设计电极的位置等。并根据实验和光路的调节的优化制备了两种类型的电解池。2、不同溶液浓度对实验的影响。用Pb溶液为案例,进行了不同浓度的Pb溶液的椭偏谱。并以ITO为透明工作电极,对电化学沉积过程进行了研究。3、椭偏仪在位监测Cu2O薄膜的生 ...
要满足电化学薄膜沉积的需求,又要同时满足椭偏仪测试的需求。如作为电解池它需要满足容电解液充足,且可以放置好工作电极、对电极和参比电极。椭偏仪的在位装置首先要满足透光,其次是保证工作电极易于调节入射光和出射光在同一光平面,需考虑溶液的光程,原则上越小越好,这样可以减小光的衰减,更易得到沉积薄膜的信息。因此需要根据系统进行设计。4.4光学模型的建立与数据的提取在位椭偏仪测试的另外一个挑战在于数据的分析。通过椭偏光谱的在位监测可以获得(ψ,Δ)值,利用这些光谱,需要进行建模从而获取其光学参数。表1-1总结了在位椭偏仪数据分析常用的分析方法。线性回归分析(LRA)全局误差zui小化(GEM)虚拟衬底近 ...
测电化学沉积薄膜主要会带来两方面的影响,第1种是溶液的扰动,比如在开放的溶液体系,溶液表面的扰动可能会对光产生多种散射机制,从而给测试带来困难。另外是溶液中浓度变化所带来的影响。当光波场频率很大且溶液的浓度不太大时,光学常数折射率及消光系数有如下关系式:由朗伯定律与光强度的定义得吸收系数β与消光系数k的关系为:又由比尔定律知,当溶液浓度足够小以至于分子间相互作用能被忽略时,溶液吸收系数β与溶液的浓度C成正比,即β=αC,α是与浓度无关由吸收物质分子的特性决定的常数。因此可以得到溶液浓度与其折射率之间的关系式为:由以上推导可知光学常数n、k值和溶液浓度之间的关系如式(1-11)所示,而椭偏仪测量 ...
、气体进口和薄膜沉积来源。因此,通过改变附在法兰上的元件(窗、进气口、源),就有可能改变腔室的应用(不同入射角的椭偏测量、可控气氛、不同薄膜沉积)。腔室的横截面如图1-12(a)右所示。由于三对法兰配备了熔融硅窗,所以可以进行66°、70°和90°入射角下的椭圆偏振测量。该腔体的设计可以安装在WoollamM2000旋转补偿椭圆计d的臂上,无需对仪器进行任何修改,本仪器的设计原则上与任何水平安装的椭偏仪兼容。图1-12(b)是AlexandreZimmer等人设计的基于旋转补偿的椭偏仪的耦合流池,它直接安装在测角仪上,可以实现实时采集椭偏数据和电化学数据。耦合流池,由聚醚醚酮(PEEK)制成, ...
沉积一层金属薄膜作为工作电极。由于红外光束从电极背面(通过棱镜)聚焦在界面上,然后检测到反射辐射,因此溶液层的厚度对入射、出射光的影响可避免,故而液层的厚度将不再受到限制。然而,这种内部反射结构的电极材料仅限于红外窗口棱镜上的一个薄膜(小于100nm),仅限于溅射或化学沉积的少数金属(Au、Pt、Pd等)。石英晶振仪是一种非常灵敏的质量天平,可以测量单位面积内质量的毫微克水平变化。石英是一种压电材料,通常通过金属电极施加适当的电压,可以使其以规定的频率振荡。在电极表面添加或去除少量的质量可以影响振荡的频率。这种频率的变化可以实时监测,以获得电极表面发生的分子相互作用或反应的有用信息,如薄膜生长 ...
固体、粉末、薄膜等)放置在合适的非磁性样品支架中,该支架连接在VSM样品棒的末端,而样品棒又连接在VSM头上。样品在感应线圈内沿z方向振动,产生的感应电压通过前置放大器,然后进入窄带宽锁相放大器(LIA)。LIA参考被锁定到头部驱动振动频率。VSM感应线圈中感应电压为:式中:m =磁矩。A =振动振幅。F =振动频率。S = VSM传感线圈的灵敏度函数。S是通过用磁性校准器校准VSM来确定的,即在指定的外加磁场H下具有已知磁化强度的材料。VSM的灵敏度取决于许多因素:•电子灵敏度。•通过信号调节抑制噪声。•机械驱动的振幅和频率。•感应线圈的热噪声。•感应线圈与待测样品的优化设计和耦合(接近)。 ...
图1.1基于薄膜磁性器件的一些现代概念。a巨磁阻:两个或更多铁磁层堆叠中金属电导率与磁化方向的相对方向的关系。在它被发现后不久,这一效应就被应用于设备,例如硬盘驱动器的读磁头。b隧道磁阻:两个铁磁层之间穿过绝缘阻挡层的隧道电流依赖于磁层中磁化方向的相对方向。例如,这种效应目前应用于数字磁记录的读磁头,并将用于目前正在开发的未来磁随机存取存储器。c自旋转矩传递:由两个铁磁层组成的纳米结构堆栈中,由自旋极化电子对其中一层磁化所施加的转矩引起的铁磁层磁化的电流感应开关。这是一种在磁阻器件中转换磁化强度的方法,目前正在深入研究中。d自旋晶体管:三端器件,其中发射极(E)和集电极(C)之间的电流取决于发 ...
、纳米粒子、薄膜等,由于存在少量磁性材料,通常具有弱磁特征。因此,在确定哪种类型的磁力计zui适合于特定材料时,zui重要的考虑因素之一是它的灵敏度,因为它决定了可以用可接受的信噪比测量的zui小磁矩。测量速度,即测量迟滞回路所需的时间,也很重要,因为它决定了样品吞吐量,对于一阶反转曲线(FORC)测量尤其重要,因为典型的FORC系列可以包含数千到数万个数据点。zui后要考虑的是要进行测量的温度和场范围,这在很大程度上取决于所研究的磁性材料。商用VSM系统可以使用传统电磁铁测量~34 kOe (3.4 T)的场强,也可以使用超导磁体测量160 kOe (16 T)的场强。在基于电磁体的VSM中 ...
沉积是半导体薄膜沉积和微电子制备铜互连的重要制备方法。而在沉积过程中的成核和生长对于半导体薄膜和铜互连的性质非常重要,椭偏仪在位监测提供一种实时监控薄膜沉积的方法。但是椭偏仪在位监测受到光路设计,实验装置,固液界面以及光谱解析的影响,构建其监测系统是一个挑战。实验室前期对电化学沉积Cu2O薄膜进行了系统的研究,发现其沉积与沉积电压、溶液温度和pH值等密切相关。本文以电化学沉积Cu2O薄膜为例,从而在实验室构建椭偏仪在位监控电化学沉积系统。不同于真空薄膜生长,电化学沉积生长过程涉及到溶液层和固液界面,导致其在位监测是一个挑战。2.1原理电化学沉积是利用氧化还原反应在电极表面上沉积得到各种薄膜的材 ...
经广泛应用于薄膜生长、颗粒和生物大分子的吸附等领域。下面介绍一下椭偏仪在位监测在薄膜生长和颗粒方面的案例。1.3.1薄膜生长椭偏仪对厚度的无损测量使其可实现薄膜生长的实时监控。而不同时间生长时间其薄膜的性质及厚度不同,这样需要构建不同厚度的多层膜结构,从而实现在位监控,得到薄膜生长厚度随时间的变化信息。比如F.N.Dultsev等采用椭偏仪研究了沉积在硅表面的钛基体氮化机理、Yuki Ishikawa等采用原位椭偏仪研究了离子液体薄膜的玻璃化转变行为,Meng Yuan等提出了一种简便、无损伤的在位椭圆偏振法来监测CsPbI3薄膜在室温至340℃热变色过程中三个显著相变的光学性质演变等。除了上 ...
程,需要控制薄膜的厚度。而椭偏谱可以快速且无损伤进行测量,并且其测试精度可以达到原子级别,因此广泛应用于半导体制备工艺的在位监控中。比如,典型的32nmCMOS制做过程中大概会需要100次厚度的测试控制,而其中就有80次厚度测试需要利用椭偏谱对其厚度进行监控。通常要解构薄膜的厚度,会涉及到有效介质模型近似和Drude+Lorentz Oscillator模型的使用。利用椭偏仪不仅可以得到厚度信息,还可以得到薄膜的光学性质等信息,从而获取材料的生长性能。下面先介绍椭偏仪的基本原理。1.2在位监控原理椭圆偏振法在位监控是指在材料生长或表面吸附过程中进行在位测量。标准的椭圆偏振装置可以实现样品的实时 ...
可以精确测量薄膜的厚度和光学常数,其测量原理基于不同偏振光(S,P)与材料的作用。如图1-1所示的单层薄膜模型中,所测的薄膜在衬底上,zui上层为空气,薄膜两侧介质都是半无限大,且薄膜上下表面皆是理想光滑表面,三种介质皆为均匀、各向同性介质。在实际测量过程中,单层模型的三种介质通常指的是空气、待测薄膜和基底。图1-1 光波在多层膜上的反射与透射光波在单层膜上的反射和透射示意图如图1-1所示。定义入射光波矢量E在垂直于入射面上的分量为P光,在入射面上的分量为S光。由折射定律及菲涅耳定律知、、的关系为:上述式子中,n1是空气的折射率(1.00),n2是薄膜的折射率,n3是衬底折射率,是光在界面1的 ...
高光谱成像在CIGS光谱和空间分析的应用一、CIGS模块图案凹槽损耗的表征实现如此高效率的一个关键特性是激光图案互连,它将CIGS尺寸的模块分成串联的更小单元。然而,即使这个过程有助于提高整体效率,也会产生损失。这就是为什么研究人员试图找到不同的图案几何形状。在Nice Solar的这项工作[2]中,他们重点关注了两个标准图案凹槽的激光烧蚀造成的损坏,图1中P1(图案化背面接触)和P2(用于串联互连)。通过高光谱光致发光成像分析损伤。Photon公司的高光谱平台(IMA)由光学显微镜与CW532 nm 激光器和基于体积布拉格光栅的高光谱滤光片组成。该套系统在400nm至1000nm范围内具有灵 ...
nO3钙钛矿薄膜中的垂直磁畴。对于这些结构,域宽度由下式[1]给出式中,J为交换耦合常数,S为自旋量子数,K为磁各向异性常数,a为晶格常数。本例中,J =3*10-22J, K =2*104 J/m3, S =3/2,则得到30 nm。磁畴的大小可以在相同类型的化合物中变化,这取决于这些薄膜生长的衬底的粒度和应变。例如,衬底可以产生拉伸应变,从而导致在衬底附近形成的畴的平面内磁化。另一方面,顶端晶粒(远离衬底)的磁化方向是垂直的。晶界附近的面内磁化畴的形成会导致磁通量的循环,从而抑制静磁能。磁晶能量需要保持zui小值;因此,它倾向于使原子磁矩沿着晶体轴的一个容易的方向排列。因此,净磁化遵循一定 ...
偏基本方程和薄膜参数,式(21)的椭偏参数误差大约导致1~2nm的膜厚测量误差。假设经过充分调节,NPBS2不存在方位角误差,即θ=0°,根据式(17)标定之后,NPBS2的退偏效应对椭偏参数的影响可以表示为:由于和的漂移缺乏规律性,既不同步也不对称,所以式(22)与式(19)的影响基本等效,即NPBS1、NPBS2退偏参数的漂移对椭偏测量精度的影响基本一致。将式(18)~(22)椭偏参数误差近似合成,可得图1系统中由NPBS引入的膜厚椭偏测量总误差约为1.8~2.5nm。我们针对马赫-曾德尔型外差干涉椭偏测量系统,研究了多层介质膜NPBS的退偏效应和方位角引入的椭偏参数测量误差。采用p,s分 ...
射镜代替被测薄膜,得到一个用于标定的幅值比。和相位差△C。这样NPBS1引入的椭偏参数测量误差就可以表示为:如果假设NPBS1为理想状态,而NPBS2的非理想状态用式(11)表示。根据上述分析,同理可得此时测量信号和参考信号的光强:则NPBS2所引入的椭偏参数测量误差可以表示为:误差分析与讨论NPBS的玻璃基片折射率为1.5416,交错镀4层折射率分别为2.OO和1.45的分光介质膜系,每层厚度均为1.5λ。NPBS的光学参数如表1所示。偏振分量RTs0.93410.3571-0.85962.2255p0.20640.9785-1.70341.4758 ...
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