透明導(dǎo)電薄膜ZnO的制備和性能測試物理系薄膜制備與性能測試四級物理實驗室,前言,實驗的要求與時間安排最后評估怎樣去調(diào)研本次實驗?zāi)康腪nO薄膜的制備ZnO薄膜的性能測試展望和建議,實驗要求,本實驗為四級普通物理實驗，是我校根據(jù)教改需要在全國首次提出的改革措施它在一二三級實驗的基礎(chǔ)上對學(xué)生提出了更高的要求四級實驗主要以科研為主，組織若干個圍繞物理實驗的課題，以科學(xué)研究的方式進(jìn)行實驗教學(xué)，以提高學(xué)生的科研素質(zhì)。,我們的實驗是一個系列實驗，它有四部分組成，即：化學(xué)清洗與靶材的壓制，ZnO薄膜的制備，薄膜結(jié)構(gòu)性能的測試，薄膜電學(xué)性能的測試等.這個實驗是按照科研培訓(xùn)的程序來安排的，具體安排如下：,把學(xué)生分組，由老師講解，提出調(diào)研方向和實驗要求學(xué)生按照所提要求自行調(diào)研，寫出開題報告組織有關(guān)人員對報告進(jìn)行評議，從而最終確定實驗方案,實施階段由學(xué)生自己動手完成樣品制備和工藝實驗，參數(shù)測試，以及儀器設(shè)備調(diào)整，簡單維修實驗后分析，綜合，總結(jié)，提倡組內(nèi)和組間的討論，爭論和對比。寫出結(jié)題報告，要求達(dá)到一般的準(zhǔn)畢業(yè)論文的水平,實驗的具體時間安排,本試驗分四周完成，每周有一個下午時間（下午兩點開始）；第一周聽老師介紹試驗的相關(guān)內(nèi)容，做相關(guān)方面的調(diào)研；第二三周是具體的實驗操作，在此過程中要完成調(diào)研報告（做成powerpoint形式）；第四周交實驗報告和調(diào)研報告，并在519教室以powerpoint形勢作調(diào)研報告。注：powerpoint可以以組為單位做，一組最多為四個人。,最后評估,實驗報告，每人一份，可以講述自己的想法，不論成熟與否，占50%；調(diào)研報告，不局限于你做的實驗，只要與實驗相關(guān)就行，可以二到三人合做一份；作報告，如果是2-3人合做的，要派以代表來講；后兩項和占50%。,怎樣去調(diào)研,如何進(jìn)行科學(xué)調(diào)研；關(guān)于調(diào)研的課題方向；你可以利用的資源。,如何進(jìn)行科學(xué)調(diào)研,了解國內(nèi)外對相關(guān)課題的研究現(xiàn)狀；找出你自己感興趣的研究方向；著重調(diào)研國內(nèi)外對這些方向的研究；分析他們所做研究的優(yōu)缺點；為解決某些問題，提出自己的見解或技術(shù)方案。,調(diào)研的領(lǐng)域,主要包括四個方面：ZnO薄膜性質(zhì)及應(yīng)用方面的調(diào)研；靶材制備工藝的調(diào)研；薄膜制備方法和設(shè)備的調(diào)研；薄膜的結(jié)構(gòu)和性能測試的調(diào)研。,ZnO薄膜性質(zhì)及應(yīng)用方面的調(diào)研,ZnO是一種具有纖鋅礦晶體結(jié)構(gòu)、室溫寬禁帶的多功能半導(dǎo)體材料它是直接帶隙的寬禁帶（Eg=3.3e)半導(dǎo)體材料，屬于六角晶系、6mm點群。與ZnSe,ZnS和GaN相比，ZnO是一種合適的用于室溫或更高溫度下的紫外光發(fā)射材料。,幾種寬禁帶的半導(dǎo)體材料的基本特性比較如下：,其中:Eg為室溫下的禁帶寬度，E為激子束縛能，a和c是晶格常數(shù)，T為熔點，Tg為生長溫度。,氧化鋅薄膜的用途：ZnO薄膜有較強的壓電和壓光效應(yīng)，有廣闊的應(yīng)用前景，尤其在光電子學(xué)等交叉學(xué)科領(lǐng)域中，如壓電轉(zhuǎn)換器，顯示和光伏器件，太陽能電池，氣敏傳感器，光波導(dǎo)等。此外ZnO薄膜可作為中間層以改變其它薄膜材料的晶格結(jié)構(gòu)和電學(xué)性質(zhì)，如作為GaN的襯底就可明顯改善GaN的結(jié)構(gòu)和電學(xué)性質(zhì)。,調(diào)研中可能用到的英文詞匯：薄膜：films性質(zhì)：properties應(yīng)用：aplliance太陽能電池：solarcells壓電效應(yīng)：piezoelectricity光電子：Photoelectron光電子學(xué)：optoelectronics電學(xué)性質(zhì)：electronicalconductivity氣敏特性：gas-sensingproperty,除此之外，我們還可以做其它的調(diào)研,比如：納米薄膜；組成薄膜的納米材料可以是金屬的.半導(dǎo)體.絕緣體.有機高分子等，也可以使它們的組合。如：納米氧化鋅（nano-crystallinezincoxide）。可用于納米薄膜涂層，納米潤滑，還可以提高磁盤的存儲密度?！凹{米自潔凈玻璃”是應(yīng)用高科技納米技術(shù)在平板玻璃的兩面鍍制一層納米薄膜，薄膜在紫外線的作用下可分解沉積在玻璃上的污物，氧化室內(nèi)有害氣體，殺滅空氣中的各種細(xì)菌和病毒。這種玻璃與普通玻璃的價格比預(yù)計為1.5：1。等。,透明導(dǎo)電薄膜特性及應(yīng)用,其基本特性是在可見光范圍內(nèi)，具有低電阻，高透射率目前在高功率激光技術(shù)中抗激光損傷涂層，光電化學(xué)電池中的光陰極，軌道衛(wèi)星上溫度控制涂層上的抗靜電表面層等許多方面都有廣泛的應(yīng)用,透明導(dǎo)電薄膜的種類目前用得最多的有：氧化銦（IndiumOxide）,二氧化錫（TinOxide）,氧化鋅（ZincOxide）,以及錫酸鎘（CadmiumStannate）等。,例如：摻了鋁的氧化鋅薄膜就是一種透明的導(dǎo)電薄膜，它在可見光區(qū)的透過率可超過90%，而電阻率則低達(dá)0.0005歐姆厘米。它的光學(xué)帶隙可以由鋁的摻雜比例進(jìn)行控制，可作為一種重要的光電子信息材料。,靶材制備工藝的調(diào)研,關(guān)于這方面的問題，咱們的講義上已經(jīng)說得很清楚了。靶材的組成、結(jié)構(gòu)、性能、制備工藝與薄膜的性能和成膜質(zhì)量有密切的關(guān)系。一般來說，為了提高濺射效率和確保成膜的質(zhì)量對靶材在純度、雜質(zhì)含量、密實度、晶粒尺寸及尺寸分布、結(jié)晶取向等都有一定的要求。,有興趣的同學(xué)還可以做靶材制備設(shè)備上、靶材制備與薄膜微結(jié)構(gòu)等方面的調(diào)研。,薄膜制備方法和設(shè)備的調(diào)研,分子束外延法（MolecularBeamEpitaxy）分子束外延(MBE)是一種用于單晶半導(dǎo)體、金屬和絕緣材料生長的薄膜工藝。用這種工藝制備的薄層具有原子尺寸的精度，這是它的獨特特征。原子逐層沉積導(dǎo)致薄膜生長。當(dāng)前，采用MBE工藝已經(jīng)制成了世界上第一只單極半導(dǎo)體激光器，稱為量子級聯(lián)激光器。這種激光器與傳統(tǒng)激光器有本質(zhì)的不同，它采用相同組分的半導(dǎo)體材料，簡單地改變量子阱的寬度就可以調(diào)整發(fā)出光的波長。,物理研究所和沈陽科學(xué)儀器研制中心合作研制成功我國第一臺激光分子束外延設(shè)備。,氣相法有MetalorganicChemicalVaporDeposition（MOCVD）、Plasma-enhancechemicalvapordeposition(PECVD）還有等離子體化學(xué)氣相沉積（PCVD）是一種新型的脈沖直流等離子體輔助沉積硬質(zhì)鍍膜新技術(shù)。在一定壓力、溫度（500）的真空爐內(nèi)，加入適當(dāng)比例的不同工作氣體（如H2、N2、Ar、TiCH3等），在脈沖電壓（1000V）的作用下，通過輝光放電產(chǎn)生均勻等離子體。在不同工藝條件下，可在被處理工件表面形成各種硬質(zhì)膜如TiN、TiC、TiCN、(Ti、Si)N、(Ti、Si)CN及多層復(fù)合膜等,等離子體化學(xué)氣相沉積設(shè)備,液相法，有電泳沉積法（electrophoreticdeposition）、溶膠-凝膠法（SOL-GEL）等其他方法，還有熱電子束蒸發(fā)法、電子回旋共振反應(yīng)濺射制備ZnO膜、直流磁控濺射法、射頻磁控濺射法等。我們實驗室主要用的是射頻磁控濺射法。,JGC-40磁控濺射鍍膜機,薄膜的結(jié)構(gòu)和性能測試的調(diào)研,主要用到的儀器有：X射線衍射儀（X-ReyDiffration簡稱XRD）,它主要用于晶體的取向、相對結(jié)晶程度、測量薄膜的密度、厚度和表面及界面粗糙度等。電子顯微鏡，有掃描電子顯微鏡（SEM）、透射電子顯微鏡，它們能做樣品表面形貌、微結(jié)構(gòu)方面的分析。,隧道顯微鏡，有電子隧道顯微鏡、掃描隧道顯微鏡（STM).掃描隧道顯微鏡是根據(jù)量子力學(xué)中的隧道效應(yīng)原理，通過探測固體表面原子中電子的隧道電流來分辨固體表面形貌的新型顯微裝置。具有原子級分辨率，可實現(xiàn)了對單個原子的控制與操作。,低溫超高真空STM裝置,原子力顯微鏡（AFM）,有接觸式、輕敲式兩種工作模式。原子力顯微鏡的設(shè)計思想是這樣的：一個對力非常敏感的微懸臂，其尖端有一個微小的探針，當(dāng)探針輕微地接觸樣品表面時，由于探針尖端的原子與樣品表面的原子之間產(chǎn)生極其微弱的相互作用力而使微懸臂彎曲，將微懸臂彎曲的形變信號轉(zhuǎn)換成光電信號并進(jìn)行放大，就可以得到原子之間力的微弱變化的信號。從這里我們可以看出，原子力顯微鏡設(shè)計的高明之處在于利用微懸臂間接地感受和放大原子之間的作用力，從而達(dá)到檢測的目的。主要用于表面形貌的測量。,P47BIO掃描原子力顯微鏡,工作模式：接觸模式(大氣或液體中)：表面形貌成像正向力成像、側(cè)向力成像粘滯力成像局部粘度/彈性成像機械刻蝕、電阻沖刻蝕非接觸模式(大氣或液體中)：表面形貌成像、相位成像應(yīng)用:DNA和染色體結(jié)構(gòu),蛋白質(zhì)/酶反應(yīng),蛋白質(zhì)吸收,生物大分子,細(xì)胞表面抗原,薄膜,病毒其他微生物.,探針針尖曲率半徑:小于10納米針尖夾角:22度工作模式:接觸、非接觸材料：高參雜硅鍍層材料：W,W2C,TiO,TiN,Cr,Co鍍層厚度：10-20納米導(dǎo)電鍍層電阻率：5-50微歐姆厘米,硅超細(xì)原子力探針,云母的AFM象,另外還有掃描探針顯微鏡（SPM）、靜電力顯微鏡（EFM)、AES測量（用俄歇電子能譜考查薄膜樣品在深度方向的均勻情況）。電學(xué)方面的測量主要有：利用Hall效應(yīng)測量儀測載流子的濃度、類型、遷移率。利用四級探針測薄膜樣品的電阻率、方塊電阻等。,光學(xué)性質(zhì)的測量，主要是光致發(fā)光普（Photoluminescence簡稱CL）、陰極射線發(fā)光光譜的測量（Cathodeluminescence簡稱PL）。研究了發(fā)光與薄膜晶體結(jié)構(gòu),以及發(fā)光與激發(fā)電子束流的關(guān)系等。并從中推測出薄膜中的發(fā)光中心。,你可以利用的資源。,圖書館資源，圖書館主頁中電子資源里邊的專業(yè)期刊數(shù)據(jù)庫。我們先到電子資源導(dǎo)航里邊選擇我們要用到的數(shù)據(jù)庫包括物理專業(yè)數(shù)據(jù)庫、材料科學(xué)類數(shù)據(jù)庫。里邊有包括好幾個數(shù)據(jù)庫。比較出名的有：,IEEE/IEEElectronicLibrary(IEL)數(shù)據(jù)庫提供1988年以來，美國電氣電子工程師學(xué)會和英國電氣工程師學(xué)會出版的120多種期刊、600多種會議錄、近900種標(biāo)準(zhǔn)的全文信息。INSPEC是物理學(xué)、電子工程、電子學(xué)、計算機科學(xué)及信息技術(shù)領(lǐng)域的權(quán)威性文摘索引數(shù)據(jù)庫，由英國電機工程師學(xué)會（IEE）編輯，主要收錄世界范圍內(nèi)出版的4000多種期刊、1000多種會議錄以及科技報告、圖書等文獻(xiàn)的文摘信息,AcademicPressAcademicPress所收錄材料科學(xué)類期刊，AcademicPress是美國著名的學(xué)術(shù)出版社，該社出版的210種電子期刊通過IDEAL系統(tǒng)提供服務(wù)。中國學(xué)術(shù)期刊網(wǎng)。學(xué)位論文查詢等很多數(shù)據(jù)庫。,網(wǎng)上的搜索網(wǎng)站：等網(wǎng)站。怎么使用這些資源？對圖書館資源可以參看電子資源導(dǎo)航里邊的數(shù)據(jù)庫使用指南。比如說IEEE/IEEElectronicLibrary(IEL)數(shù)據(jù)庫的使用：,檢索方法在畫面左側(cè)“TablesofContents”和“Search”欄目下分別列出IEL數(shù)據(jù)庫不同的檢索方式，點擊相應(yīng)的選項選擇檢索方式。1期刊查詢（Journals&Magazines）1)系統(tǒng)顯示前10個期刊名的列表；2)a.如果已知期刊名的第一個詞的首字母，直接點擊該字母，系統(tǒng)列出以該字母打頭的期刊列表；b.如果已知期刊名某個關(guān)鍵詞，在輸入框內(nèi)輸入該詞，點擊“go”按鈕，系統(tǒng)列出含有該關(guān)鍵詞的期刊列表；3)從列表中選擇所需期刊，點擊該刊名；系統(tǒng)列出該刊當(dāng)年的卷期和往年的年號；4)a.點擊相應(yīng)的年限和卷期，系統(tǒng)顯示該期目次；b.或在畫面右邊的輸入欄內(nèi)輸入檢索詞，在該刊的范圍內(nèi)查詢符合檢索條件的文獻(xiàn)；5)點擊每篇文獻(xiàn)下方的Abstract或PDFFull-Text可瀏覽文摘或原文。,2會議錄查詢（Conferenceproceedings）1）系統(tǒng)顯示前10個會議錄列表；2）a.如果已知會議錄名的第一個詞的首字母，直接點擊該字母，系統(tǒng)列出以該字母打頭的會議錄列表；b.如果已知會議錄名某個關(guān)鍵詞，在輸入框內(nèi)輸入該詞，點擊“go”按鈕，系統(tǒng)列出含有該關(guān)鍵詞的會議錄列表；3）從列表中選擇所需會議錄，點擊該會議錄名；系統(tǒng)顯示該會議召開時間；4）點擊該時間，系統(tǒng)顯示該會議錄目次；或在畫面右邊的輸入欄內(nèi)輸入檢索詞，在該會議錄的范圍內(nèi)查詢符合檢索條件的文獻(xiàn)；5）點擊每篇文獻(xiàn)下方的Abstract或PDFFull-Text可瀏覽文摘或原文。,3標(biāo)準(zhǔn)查詢（Standard）1)系統(tǒng)顯示前10個標(biāo)準(zhǔn)列表；2)如果已知標(biāo)準(zhǔn)第一個詞的首字母，直接點擊該字母，系統(tǒng)列出以該字母打頭的標(biāo)準(zhǔn)列表；如果已知標(biāo)準(zhǔn)名的某個關(guān)鍵詞，在輸入框內(nèi)輸入該詞，點擊“go”按鈕，系統(tǒng)列出含有該關(guān)鍵詞的標(biāo)準(zhǔn)列表；3)從列表中選擇所需標(biāo)準(zhǔn)，點擊該標(biāo)準(zhǔn)名；系統(tǒng)顯示該標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)題；4)點擊文獻(xiàn)下方的Abstract或PDFFull-Text可瀏覽文摘或原文。4作者查詢（ByAuthor）1)系統(tǒng)顯示前50個作者列表；2)a.如果已知作者姓名的首字母，直接點擊該字母，系統(tǒng)列出以該字母打頭的作者列表；b.如果已知作者名中某個詞，在輸入框內(nèi)輸入該詞，點擊“go”按鈕，系統(tǒng)列出含有該詞的作者列表；,3)從列表中選擇所查詢的作者，點擊該作者名；系統(tǒng)顯示該作者發(fā)表的文獻(xiàn)；4)點擊每篇文獻(xiàn)下方的Abstract或PDFFull-Text可瀏覽文摘或原文。注：以上四種查詢方式下，輸入框內(nèi)輸入的詞或詞組之間不能使用邏輯算符?；緳z索（Basic）1)在輸入框內(nèi)輸入檢索詞；2)選擇檢索字段；選擇各字段間的邏輯關(guān)系；3)選擇限制條件*；4)點擊“Search”按鈕，開始檢索。5)系統(tǒng)列出符合檢索條件的文獻(xiàn)，點擊每篇文獻(xiàn)下方的Abstract或PDFFull-Text可瀏覽文摘或原文。,6高級檢索（Advanced）1)在輸入框內(nèi)輸入檢索式檢索式構(gòu)成：檢索詞1邏輯算符檢索詞n字段名1,字段名n2)選擇限制條件*；3)點擊“StartSearch”按鈕，開始檢索；4)系統(tǒng)列出符合檢索條件的文獻(xiàn)，點擊每篇文獻(xiàn)下方的Abstract或PDFFull-Text可瀏覽文摘或原文；注：(1)邏輯算符：and（與），or（或），not（非）(2)常用字段名：ab：文摘au：作者ct：會議名稱is：期刊卷期號jn：期刊名cy：會議日期ti：文獻(xiàn)標(biāo)題de：主題詞,(3)截詞*：表示任意個字符，如：electro*可檢索出含electron、electrons、electronic、electronics、electromagnetic、electromechanical及electrolyte的文獻(xiàn)。？：表示一個字符，如：cable?可檢索出cables或cabled的文獻(xiàn)，但不包括cable（？必須是一個字符）。,*限制條件：1)文獻(xiàn)類型：文獻(xiàn)類型有三種，期刊、會議、標(biāo)準(zhǔn)，打鉤為選中，默認(rèn)狀態(tài)為全選。2)檢索年限：根據(jù)需要選擇起始、終止年限，默認(rèn)狀態(tài)為1988年-present。3)檢索結(jié)果排序：檢索結(jié)