铜氧化物薄膜制备与性能研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:superyoumyhao
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在自然界中,存在着大量的铜矿资源,因此铜的氧化物(氧化铜和氧化亚铜)半导体材料具有价格低廉的特点,与此同时它们还具有安全、无污染的特点。铜氧化物材料的禁带宽度为1.2eV-2.6eV,属于过渡族氧化物半导体材料。铜氧化物具有独特的禁带宽度和阻变特性。因此,铜氧化物材料在太阳能电池、光催化剂、电极材料、超导体、制氢、光致色变、阻变存储器等方面具有广泛地应用前景。本文采用磁控溅射法在石英玻璃衬底上制备铜氧化物薄膜,综合分析了铜氧化物薄膜的晶体结构、表面形貌和光学性能。采用直流磁控溅射制备铜氧化物薄膜时,氩气流量为40sccm保持不变,随着氧气流量的增加,铜氧化物薄膜的晶体成分由铜与氧化亚铜的混合物转变为氧化亚铜的多晶,并且沿Cu2O (111)择优生长;采用射频磁控溅射制备铜氧化物薄膜时,氧气流量为2.5sccm、氩气流量为40sccm、溅射功率为100W、工作压强为1Pa,制备出来的铜氧化物薄膜成分为单一的氧化亚铜相;氧气流量为3sccm时,制备出来的铜氧化物薄膜的成分为多晶氧化铜。研究表明,在溅射功率100W、氧气流量2.5sccm、氩气流量40sccm、溅射时间20min条件下,随着溅射压强的增大,铜氧化物薄膜中氧化铜由多晶相,逐渐转变为单晶相。氧化铜的(002)衍射峰始终为最强的衍射峰,并且具有择优取向。通过样品光学吸收谱分析可知,随着溅射压强的增加,铜氧化物薄膜的光学禁带宽度呈现先减少后增大的趋势。研究表明,在溅射功率100W、氧气流量2.5sccm、氩气流量40sccm及溅射压强1Pa条件下,随着溅射时间增加,铜氧化物薄膜中氧化亚铜由多晶相,逐渐转变为单晶相。氧化亚铜的(111)衍射峰始终为最强的衍射峰,并且具有择优取向。从样品的原子力显微镜分析可知,随着溅射时间的增加,样品薄膜的均方根粗糙度和平均粗糙度逐渐增加。通过样品光学吸收谱分析可知,随着溅射时间的增加,铜氧化物薄膜的光学禁带宽度呈现逐渐减小的趋势。通过本论文研究获得了磁控溅射制备单一成分的氧化亚铜和氧化铜薄膜晶体的工艺参数。研究显示铜氧化物薄膜具有十分重要潜在应用前景。
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