電子功能薄膜制備與測試課件

電子功能薄膜制備與測試電子功能薄膜制備與測試1實驗一真空的獲得與測量一實驗原理真空:“低于一個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓里的氣體狀態(tài)”。相對于大氣狀態(tài)，在真空狀態(tài)下氣體的新特點：1：氣體分子數(shù)目的減少，即氣體單位體積中所具有的分子數(shù)目的減少；2：伴隨著氣體分子數(shù)目的減少，分子之間、分子與器壁之間相互碰撞的次數(shù)逐漸減少；3：氣體分子熱運動自由路程的增大。

實驗一真空的獲得與測量一實驗原理2真空的劃分真空高低的程度是用真空度這個物理量來衡量的，所謂真空度，即是指低壓空間中氣態(tài)物質(zhì)的稀薄程度。氣體的壓力越低，其稀薄程度越大，真空度越高。電子功能薄膜制備與測試課件3機(jī)械泵:機(jī)械泵:4擴(kuò)散泵

擴(kuò)散泵5真空的測量:U型壓力計熱偶真空計（熱偶規(guī)）真空的測量:63)電離真空計（電離規(guī)）:3)電離真空計（電離規(guī)）:7二實驗內(nèi)容及步驟:

二實驗內(nèi)容及步驟:81.開啟設(shè)備電源，檢查放氣閥已經(jīng)關(guān)閉。2.啟動機(jī)械泵，打開活塞使機(jī)械泵與真空室相連，當(dāng)真空系統(tǒng)的壓強(qiáng)到1.3Pa以下時，接通油擴(kuò)散泵的冷卻水，接通加熱電源，使擴(kuò)散泵開始工作。3.測量壓強(qiáng)的工作要一直進(jìn)行，要注意擴(kuò)散泵加熱后壓強(qiáng)的變化。當(dāng)溫差電偶真空計顯示的系統(tǒng)的壓強(qiáng)達(dá)到0.13Pa時，打開電離真空計電源，預(yù)熱10分鐘后，再使用電離真空計繼續(xù)進(jìn)行測量。1.開啟設(shè)備電源，檢查放氣閥已經(jīng)關(guān)閉。94.每隔30秒測量一下壓強(qiáng)值并記錄。5.結(jié)束實驗時，首先斷開電離真空計和復(fù)合真空計的總電源開關(guān)，然后斷開擴(kuò)散泵的加熱電源，大約過20分鐘后，關(guān)閉真空泵與真空室相連閥門，最后切斷機(jī)械泵電源，真空系統(tǒng)內(nèi)保持真空，并使機(jī)械泵的內(nèi)部與外界大氣相通，同時關(guān)閉擴(kuò)散泵的冷卻水。最后依次關(guān)閉各電源。4.每隔30秒測量一下壓強(qiáng)值并記錄。10三注意事項:1)對玻璃系統(tǒng)操作一定要輕緩，事先把步驟擬好，正確無誤方可進(jìn)行實驗。2)開泵之前一定要關(guān)閉放氣閥，關(guān)泵之前一定要先關(guān)閉閥門，然后停泵并立即打開放氣閥。3)擴(kuò)散泵開啟之前，一定要先使用前級機(jī)械泵把真空室抽到一定的真空度。三注意事項:11四思考題:1)使用溫差電偶真空計、電離真空計測量的步驟是什么？2)在什么條件下才可以給擴(kuò)散泵加熱？3)突然停電、斷水時應(yīng)采取什么措施？四思考題:12實驗二磁控濺射鍍膜實驗二磁控濺射鍍膜13一實驗原理:1)磁控濺射法是一種較為常用的物理沉積法。磁控濺射是在真空室中，利用低壓氣體放電現(xiàn)象，使處于等離子狀態(tài)下的離子轟擊靶表面，并利用環(huán)狀磁場控制輝光放電，使濺射出的粒子沉積在基片上。一實驗原理:142)輝光放電是濺射的基礎(chǔ)，濺射鍍膜主要是利用輝光放電將氬氣離子撞擊靶材表面，靶材的原子被彈出而堆積在基片表面形成薄膜。輝光放電屬于低氣壓放電(lowpressuredischarge)，工作壓力一般都低于10mbar，其構(gòu)造是在封閉的容器內(nèi)放置兩個平行的電極板，利用電子將中性原子和分子激發(fā)，當(dāng)粒子由激發(fā)態(tài)(excitedstate)降回至基態(tài)(groundstate)時會以光的形式釋放出能量。2)輝光放電是濺射的基礎(chǔ)，濺射鍍膜主要是利用輝光放電將氬氣離15電子功能薄膜制備與測試課件163)射頻濺射如果靶材為絕緣體，則由于靶材表面帶正電位，因而造成靶材表面與陽極的電位差消失，不會持續(xù)放電，無法產(chǎn)生輝光放電效應(yīng)，所以若將直流供電改為射頻電源，則絕緣體的靶材也可維持輝光放電。接入射頻電源以后，輝光區(qū)的電子移動度將大于粒子移動度，靶材表面積累過剩電子，靶材表面直流偏壓為負(fù)電位，如此即可繼續(xù)濺鍍。射頻放電雖然可在5~30MHz頻率范圍內(nèi)進(jìn)行，實際上，通常工業(yè)用頻率為13.56MHz，主要是為了避免對通信的干擾，工作壓強(qiáng)可降到0.13Pa或更低。3)射頻濺射174)平面磁控濺射4)平面磁控濺射18二實驗內(nèi)容及步驟1)裝片：對薄膜基片，先用水洗掉灰塵，再用超聲波清洗干凈，取出后用高純度氮氣吹干，把干凈的基片放在樣品架指定位置。2)開機(jī)，依次開啟冷卻循環(huán)水機(jī)、開機(jī)械泵、真空計，當(dāng)真空小于10Pa時，開分子泵（“電源”和“啟動”），當(dāng)真空在10-3Pa量級（約20min）時，可滿足磁控靶工作真空條件。二實驗內(nèi)容及步驟193)磁控濺射操作：基片加熱至所需溫度，開氣瓶閥門→開減壓閥→關(guān)高真空測量（開低真空測量）→檢查質(zhì)量流量控制器流量應(yīng)為最?。阄唬┖汀瓣P(guān)閉”狀態(tài)→開質(zhì)量流量控制器電源→調(diào)節(jié)流量同時觀察低真空指示≥0.5Pa→直流源操作（RF源操作下述），將電壓電位器調(diào)到最小（逆時針）→開ON開關(guān)→增加電壓同時觀察電流指示到所需功率（VI）→鍍膜達(dá)到所需厚度時進(jìn)行“關(guān)機(jī)操作”。RF源操作先選200W量程，調(diào)Ua電位器有指示，看pf?pr比例，要求pf：pr>5:1，調(diào)好200V→Ua電位器逆時針最小→開UT10分鐘→開Ua“ON”→調(diào)C1和C2，使反射功率最小→增加Ua電壓≥500V，同時觀察自偏表頭指有指示說明開始輝光放電→達(dá)到所需厚度時進(jìn)行“關(guān)機(jī)操作”。3)磁控濺射操作：204)關(guān)機(jī)操作：關(guān)電源→將電源電位旋鈕逆時針最?。―C和RF類同）→關(guān)工作氣體（將質(zhì)量流量計流量調(diào)到零位，同時將控制開關(guān)調(diào)到“關(guān)閉”位置）→關(guān)基片自動擋板→關(guān)基片片加熱控制→待基片溫度降到接近室溫可將基片從鍍膜室取出。4)關(guān)機(jī)操作：21三注意事項1)磁控靶在RF源工作狀態(tài)時，若功率到300W還不能正常工作（不起輝），可適當(dāng)增加工作氣壓（不同靶材工作氣體壓強(qiáng)不同）。2)質(zhì)量流量控制器操作前務(wù)必關(guān)閉高真空電離規(guī)測量。3)質(zhì)量流量控制器“清洗狀態(tài)”，慎重使用，只有當(dāng)該控制器嚴(yán)重污染導(dǎo)致“漏氣”時才使用。4)RF源工作時，“反射”功率要反復(fù)調(diào)節(jié)，才能達(dá)到最小。5)RF工作時，設(shè)備地線“質(zhì)量”很關(guān)鍵，若接地電阻太大或有干擾，會導(dǎo)致真空測量及其他部件不能正常工作。6)基片加熱停止后不要即刻給鍍膜室“放氣”，否則會導(dǎo)致薄膜氧化影響質(zhì)量。三注意事項22四思考題1)為什么通入氣體以前，必須關(guān)閉高真空電離規(guī)？2)實驗過程中出現(xiàn)不起輝的問題，怎樣處理？四思考題23實驗三電子束蒸發(fā)鍍膜實驗三電子束蒸發(fā)鍍膜24一實驗原理:1)真空蒸發(fā)是制備薄膜的一種常用工藝，在工業(yè)上應(yīng)用較多。具體過程是：通常在真空度為10-4-10-5Torr的真空室內(nèi)進(jìn)行，采用電阻式加熱、電子束加熱、電弧加熱及激光加熱等加熱方法，是金屬或者合金等材料蒸發(fā)和升華，由固態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)（原子、分子或原子團(tuán)）；蒸發(fā)的氣態(tài)粒子通過基本上沒有碰撞的直線方式從蒸發(fā)源傳輸?shù)交?，并在基片上沉積成膜。導(dǎo)電材料、介質(zhì)材料、磁性材料和半導(dǎo)體材料等，都可以通過真空蒸發(fā)工藝制備。一實驗原理:252)真空蒸發(fā)原理蒸發(fā)鍍膜要求從蒸發(fā)源出來的蒸汽分子或原子，到達(dá)被鍍膜基片的距離要小于鍍膜室內(nèi)殘余氣體分子的平均自由程，這樣才能保證蒸發(fā)物的蒸汽分子能無碰撞地到達(dá)基片表面。氣體分子運動平均自由程公式：

2)真空蒸發(fā)原理26根據(jù)克拉貝龍方程，物質(zhì)的蒸氣壓Pv是是溫度T的函數(shù)。對于質(zhì)量為M的物質(zhì)，其蒸發(fā)率可用下式表示：

根據(jù)克拉貝龍方程，物質(zhì)的蒸氣壓Pv是是溫度T的函數(shù)。對273)電子束蒸發(fā)

3)電子束蒸發(fā)28二實驗內(nèi)容及步驟:1)基片清洗以及安裝：對薄膜基片，先用水洗掉灰塵，再用超聲波清洗干凈，取出后用高純度氮氣吹干，把干凈的基片放在樣品架指定位置。2)鍍膜材料的準(zhǔn)備，安放在蒸發(fā)用坩堝內(nèi)。3)蓋好鐘罩，抽真空，達(dá)到蒸發(fā)鍍膜的真空要求（10-4Pa左右）。4)開啟坩堝的加熱電源，烘烤樣片。5)預(yù)熔鍍膜材料。6)移開基片的擋板，設(shè)定樣片基片的加熱程度，把蒸鍍材料的加熱到一定溫度（熔點以上），開始蒸鍍。7)蒸膜厚度達(dá)到要求以后，把擋板撥回原位，依次關(guān)閉鍍膜材料、基片的加熱電源，等基片冷卻到室溫左右，關(guān)閉真空泵，開啟鐘罩，取出樣片進(jìn)行測試。二實驗內(nèi)容及步驟:29三注意事項1)預(yù)熔鍍膜材料時要保證擋板擋在樣片上。2)樣片取出前要冷卻樣片到室溫左右。三注意事項30四思考題:

1)真空度對電子束蒸發(fā)鍍膜有什么影響？2)為什么沉積薄膜之前，要先烘烤樣片？四思考題:31實驗四硅光電池特性研究實驗四硅光電池特性研究32一實驗原理:1)光電池簡介光電池是一種很重要的光電探測元件，它不需要外加電源而能直接把光能轉(zhuǎn)換成電能．最受重視的是硅光電池，因為它有一系列優(yōu)點：性能穩(wěn)定，光譜范圍寬，頻率特性好，轉(zhuǎn)換效率高，能耐高溫輻射等．同時，硅光電池的光譜靈敏度與人眼的靈敏度較為接近，所以很多分析儀器和測量儀器常用到它．一實驗原理:332)硅光電池簡介硅光電池分為晶體硅光電池以及a－Si（非晶硅）光電池兩大類。晶體硅光電池主要分為單晶硅與多晶硅光電池，用P型（或n型）硅襯底，通過磷（或硼）擴(kuò)散形成PN結(jié)成制作，生產(chǎn)技術(shù)成熟，是光伏市場上的主導(dǎo)產(chǎn)品。采用埋層電極、表面鈍化、強(qiáng)化陷光、密柵工藝、優(yōu)化背電極及接觸電極等技術(shù)，光電轉(zhuǎn)換效率有較大提高。a－Si（非晶硅）光電池一般采用高頻輝光放電方法使硅烷氣體分解沉積而成。由于外解沉積溫度低，可在玻璃、不銹鋼板、陶瓷板、柔性塑料片上沉積約1μm厚的薄膜，易于大面積化，成本較低，多采用PIN結(jié)構(gòu)。

2)硅光電池簡介343)光電池的工作原理-光生伏特效應(yīng)

3)光電池的工作原理-光生伏特效應(yīng)354)硅光電池的負(fù)載特性

4)硅光電池的負(fù)載特性36二實驗內(nèi)容及步驟1)準(zhǔn)備若干待測量硅光電池；2)打開模擬器的電源，打開氙燈和降溫風(fēng)扇；3)把標(biāo)準(zhǔn)電池接入模擬器測試端，調(diào)節(jié)光強(qiáng)使得輸出達(dá)到AM1.5的標(biāo)準(zhǔn)測試條件；4)接入硅光電池，開始測量，并記錄測試結(jié)果。二實驗內(nèi)容及步驟37三注意事項

1)開啟氙燈同時要打開降溫風(fēng)扇；2)調(diào)節(jié)光強(qiáng)，使輸出達(dá)到合適條件。三注意事項38四思考題1)實驗中所用光源功率變大，光電池的哪些參數(shù)發(fā)生變化？2)硅光電池的輸出與入射光照射瞬間有沒有滯后現(xiàn)象？四思考題39實驗五太陽能電池窗口材料-ZnO的光學(xué)特性研究實驗五太陽能電池窗口材料-ZnO的光學(xué)特性研究40一實驗原理:1)氧化鋅:ZnO薄膜是一種光學(xué)透明薄膜，純ZnO及其摻雜薄膜具有優(yōu)異光電性能，用途廣闊，而且原料易得、價格低廉、毒性小，是一種在高新技術(shù)領(lǐng)域及廣闊的民用領(lǐng)域極具發(fā)展?jié)摿Φ谋∧げ牧?。ZnO薄膜作為極好的透明電極材料，主要用作太陽電池的窗口材料，對促進(jìn)廉價太陽電池的發(fā)展具有重要意義。一實驗原理:41優(yōu)質(zhì)的ZnO薄膜具有C軸擇優(yōu)取向生長的眾多晶粒，每個晶粒都是生長良好的六角形纖鋅礦結(jié)構(gòu)，晶格常數(shù)a=0.325nm，c=0.521nm，ZnO薄膜的電阻率高于10-8Ωcm。ZnO薄膜的高電阻率與單一的Ｃ軸結(jié)晶擇優(yōu)取向決定了它具有良好的壓電常數(shù)與機(jī)電耦合系數(shù)，可用作各種壓電、壓光、電聲與聲光器件。制備條件、摻雜、退火均能不同程度的改變氧化鋅薄膜的特性，使其擁有更大的應(yīng)用范圍。譬如通過摻雜或退火條件可形成ZnO簡單半導(dǎo)體，導(dǎo)電性能大幅提高，電阻率可降低到10-2Ωcm數(shù)量級。優(yōu)質(zhì)的ZnO薄膜具有C軸擇優(yōu)取向生長的眾多晶粒，每個晶422)光譜吸收原理半導(dǎo)體材料通常能強(qiáng)烈地吸收光能。在光吸收過程中，具有一定能量的光子，將電子從低能態(tài)激發(fā)到高能態(tài)。電子從激發(fā)態(tài)回到基態(tài)并發(fā)射光子的過程，稱為復(fù)合躍遷。與躍遷過程相對應(yīng)，在半導(dǎo)體的透射光譜和發(fā)光光譜圖上留下特征性的譜線或譜帶，研究這些譜線或譜帶可以了解半導(dǎo)體中相應(yīng)的能量狀態(tài)及其間的躍遷過程，這些躍遷過程包括帶—帶躍遷、激于躍遷、子帶間躍遷、和雜質(zhì)中心有關(guān)的躍遷、自由載流子的帶內(nèi)躍迂、晶格振動態(tài)之間的躍遷和共振等等。在紫外和可見光波段，有時包括近紅外波段是電子從價帶躍遷到導(dǎo)帶引起的強(qiáng)烈吸收區(qū)域，稱為基本吸收區(qū)，這是半導(dǎo)體光吸收過程中最為重要的一部分，其吸收系數(shù)可高達(dá)104－105cm-1。躍遷過程伴隨著非平衡裁流子的產(chǎn)生和光電導(dǎo)現(xiàn)象的出現(xiàn)。在這一吸收區(qū)的低能端，吸收系數(shù)很陡峭地下降，可以在10－102meV的能量范圖內(nèi)下降3—4個數(shù)量級之多。2)光譜吸收原理43電子功能薄膜制備與測試課件443)ZnO薄膜的光學(xué)特性測試

高阻ZnO薄膜透光率與波長的關(guān)系3)ZnO薄膜的光學(xué)特性測試45低阻ZnO:Al薄膜透光率與波長的關(guān)系低阻ZnO:Al薄膜透光率與波長的關(guān)系464)磁控濺射法制備ZnO薄膜磁控濺射法是目前（尤其是國內(nèi)）研究最多、最成熟的一種ZnO薄膜制備方法,此法適用于各種壓電、氣敏和透明導(dǎo)體用優(yōu)質(zhì)ZnO薄膜的制備。用此法即使在非晶襯底上也可得到高度Ｃ軸取向的ZnO薄膜。濺射可分為普通濺射和反應(yīng)濺射。若靶材是Zn，沉積過程中Zn與環(huán)境氣氛中的氧氣發(fā)生反應(yīng)生成ZnO則是反應(yīng)濺射；若靶材是ZnO陶瓷，沉積過程中無化學(xué)變化則為普通濺射法。4)磁控濺射法制備ZnO薄膜47二實驗內(nèi)容及步驟:1)開機(jī)2)基片的清洗以及裝片3)磁控濺射制備高阻ZnO薄膜4)關(guān)機(jī)，取出薄膜樣片5)使用XRF測試ZnO薄膜的成分組成，對比不同實驗條件制備的樣片的成分組成6)使用臺階儀測試薄膜厚度，對比不同濺射時間與樣片厚度的關(guān)系7)使用組合測試儀測試ZnO薄膜的光學(xué)性質(zhì)，分析薄膜透過譜，計算制備樣片的禁帶寬度。二實驗內(nèi)容及步驟:48三思考題1)ZnO薄膜的光學(xué)性質(zhì)和薄膜厚度有什么關(guān)系？2)ZnO的透過率不理想的原因是什么？三思考題49實驗六超導(dǎo)薄膜特性研究實驗六超導(dǎo)薄膜特性研究50一實驗原理:1)超導(dǎo)薄膜介紹：超導(dǎo)體具有兩大宏觀特征，即零電阻和完全抗磁性（即邁斯納效應(yīng)）。由于零電阻特性，因而超導(dǎo)體可以輸送大電流不發(fā)熱，幾乎不損耗能量。超導(dǎo)體進(jìn)入超導(dǎo)態(tài)，內(nèi)部不再有剩余磁通，被稱為超導(dǎo)體的第二個特性--完全抗磁性，也就是邁斯納效應(yīng)。可以簡化地用超導(dǎo)體內(nèi)磁感應(yīng)強(qiáng)度為零表示。超導(dǎo)薄膜材料是厚度小于1微米的超導(dǎo)材料。超導(dǎo)薄膜除幾何尺寸與塊狀超導(dǎo)體不同外，其結(jié)構(gòu)和超導(dǎo)性質(zhì)也有較大差別。對于塊狀超導(dǎo)體，磁場穿透層很薄，可以忽略不計，具有完全的抗磁性。但是超導(dǎo)薄膜的磁場穿透層與薄膜相比，就不能忽略不計。此外，當(dāng)超導(dǎo)薄膜厚度很小時（小于10納米），它的超導(dǎo)臨界轉(zhuǎn)變溫度將下降。一實驗原理:512)超導(dǎo)的主要特性參數(shù)以及測量互感法測試超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度原理圖(a)正常態(tài)的薄膜(b)超導(dǎo)態(tài)薄膜:2)超導(dǎo)的主要特性參數(shù)以及測量52二實驗內(nèi)容及步驟:1)超導(dǎo)薄膜的制備2)臨界溫度Tc的測量：薄膜放入Tc測量設(shè)備中，開啟Origin軟件，將樣品放入液氮中，等待溫度降低，觀察R-Tc測量曲線，出現(xiàn)零電阻時記錄相應(yīng)溫度并保存。樣片取出，升溫。3)臨界電流密度Jc的測量：先在薄膜樣品上刻蝕出一個寬度為微米量級的微橋，給微橋通以電流I，并監(jiān)測微橋兩端的電壓V。使電流I不斷增大，直至樣品失超，電壓V不為零，記錄此時的電流即Ic。這里以電壓降為1V/cm為判據(jù)來判定樣品失超。利用樣品的臨界電流Ic，再除以樣品的橫截面積，即可計算出臨界電流密度Jc。二實驗內(nèi)容及步驟:534)表面電阻Rs的測量：測量方案如圖2所示。

為超導(dǎo)薄膜組成的藍(lán)寶石介質(zhì)諧振器無載品質(zhì)因數(shù)。利用兩個已知表面電阻的標(biāo)準(zhǔn)試樣來組裝諧振器，以此可以由測量得到的諧振器無載品質(zhì)因素定出參數(shù)A與B。例如，可以在零電阻（Rs=0）時校正得到A=。再利用已知表面電阻的標(biāo)準(zhǔn)試樣組裝諧振器并測量品質(zhì)因數(shù)，利用剛得到A值求出B。確定A和B后就可以由高溫超導(dǎo)薄膜組裝的諧振器無載品質(zhì)因數(shù)求出超導(dǎo)薄膜的表面電阻值。4)表面電阻Rs的測量：54電子功能薄膜制備與測試課件55三注意事項1)基片放入制備設(shè)備之前一定要保持清潔。2)使用液氮時按流程操作，小心灼傷3)刻蝕薄膜時要十分小心，如果出現(xiàn)橋斷裂或者過刻蝕應(yīng)重新刻蝕，以免影響測試結(jié)果。三注意事項56四思考題:1)測量Tc時，如果R-T曲線不發(fā)生跳變，原因可能有哪些？2)磁測量Jc時，對磁場的大小有沒有限制？四思考題:57電子功能薄膜制備與測試電子功能薄膜制備與測試58實驗一真空的獲得與測量一實驗原理真空:“低于一個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓里的氣體狀態(tài)”。相對于大氣狀態(tài)，在真空狀態(tài)下氣體的新特點：1：氣體分子數(shù)目的減少，即氣體單位體積中所具有的分子數(shù)目的減少；2：伴隨著氣體分子數(shù)目的減少，分子之間、分子與器壁之間相互碰撞的次數(shù)逐漸減少；3：氣體分子熱運動自由路程的增大。

實驗一真空的獲得與測量一實驗原理59真空的劃分真空高低的程度是用真空度這個物理量來衡量的，所謂真空度，即是指低壓空間中氣態(tài)物質(zhì)的稀薄程度。氣體的壓力越低，其稀薄程度越大，真空度越高。電子功能薄膜制備與測試課件60機(jī)械泵:機(jī)械泵:61擴(kuò)散泵

擴(kuò)散泵62真空的測量:U型壓力計熱偶真空計（熱偶規(guī)）真空的測量:633)電離真空計（電離規(guī)）:3)電離真空計（電離規(guī)）:64二實驗內(nèi)容及步驟:

二實驗內(nèi)容及步驟:651.開啟設(shè)備電源，檢查放氣閥已經(jīng)關(guān)閉。2.啟動機(jī)械泵，打開活塞使機(jī)械泵與真空室相連，當(dāng)真空系統(tǒng)的壓強(qiáng)到1.3Pa以下時，接通油擴(kuò)散泵的冷卻水，接通加熱電源，使擴(kuò)散泵開始工作。3.測量壓強(qiáng)的工作要一直進(jìn)行，要注意擴(kuò)散泵加熱后壓強(qiáng)的變化。當(dāng)溫差電偶真空計顯示的系統(tǒng)的壓強(qiáng)達(dá)到0.13Pa時，打開電離真空計電源，預(yù)熱10分鐘后，再使用電離真空計繼續(xù)進(jìn)行測量。1.開啟設(shè)備電源，檢查放氣閥已經(jīng)關(guān)閉。664.每隔30秒測量一下壓強(qiáng)值并記錄。5.結(jié)束實驗時，首先斷開電離真空計和復(fù)合真空計的總電源開關(guān)，然后斷開擴(kuò)散泵的加熱電源，大約過20分鐘后，關(guān)閉真空泵與真空室相連閥門，最后切斷機(jī)械泵電源，真空系統(tǒng)內(nèi)保持真空，并使機(jī)械泵的內(nèi)部與外界大氣相通，同時關(guān)閉擴(kuò)散泵的冷卻水。最后依次關(guān)閉各電源。4.每隔30秒測量一下壓強(qiáng)值并記錄。67三注意事項:1)對玻璃系統(tǒng)操作一定要輕緩，事先把步驟擬好，正確無誤方可進(jìn)行實驗。2)開泵之前一定要關(guān)閉放氣閥，關(guān)泵之前一定要先關(guān)閉閥門，然后停泵并立即打開放氣閥。3)擴(kuò)散泵開啟之前，一定要先使用前級機(jī)械泵把真空室抽到一定的真空度。三注意事項:68四思考題:1)使用溫差電偶真空計、電離真空計測量的步驟是什么？2)在什么條件下才可以給擴(kuò)散泵加熱？3)突然停電、斷水時應(yīng)采取什么措施？四思考題:69實驗二磁控濺射鍍膜實驗二磁控濺射鍍膜70一實驗原理:1)磁控濺射法是一種較為常用的物理沉積法。磁控濺射是在真空室中，利用低壓氣體放電現(xiàn)象，使處于等離子狀態(tài)下的離子轟擊靶表面，并利用環(huán)狀磁場控制輝光放電，使濺射出的粒子沉積在基片上。一實驗原理:712)輝光放電是濺射的基礎(chǔ)，濺射鍍膜主要是利用輝光放電將氬氣離子撞擊靶材表面，靶材的原子被彈出而堆積在基片表面形成薄膜。輝光放電屬于低氣壓放電(lowpressuredischarge)，工作壓力一般都低于10mbar，其構(gòu)造是在封閉的容器內(nèi)放置兩個平行的電極板，利用電子將中性原子和分子激發(fā)，當(dāng)粒子由激發(fā)態(tài)(excitedstate)降回至基態(tài)(groundstate)時會以光的形式釋放出能量。2)輝光放電是濺射的基礎(chǔ)，濺射鍍膜主要是利用輝光放電將氬氣離72電子功能薄膜制備與測試課件733)射頻濺射如果靶材為絕緣體，則由于靶材表面帶正電位，因而造成靶材表面與陽極的電位差消失，不會持續(xù)放電，無法產(chǎn)生輝光放電效應(yīng)，所以若將直流供電改為射頻電源，則絕緣體的靶材也可維持輝光放電。接入射頻電源以后，輝光區(qū)的電子移動度將大于粒子移動度，靶材表面積累過剩電子，靶材表面直流偏壓為負(fù)電位，如此即可繼續(xù)濺鍍。射頻放電雖然可在5~30MHz頻率范圍內(nèi)進(jìn)行，實際上，通常工業(yè)用頻率為13.56MHz，主要是為了避免對通信的干擾，工作壓強(qiáng)可降到0.13Pa或更低。3)射頻濺射744)平面磁控濺射4)平面磁控濺射75二實驗內(nèi)容及步驟1)裝片：對薄膜基片，先用水洗掉灰塵，再用超聲波清洗干凈，取出后用高純度氮氣吹干，把干凈的基片放在樣品架指定位置。2)開機(jī)，依次開啟冷卻循環(huán)水機(jī)、開機(jī)械泵、真空計，當(dāng)真空小于10Pa時，開分子泵（“電源”和“啟動”），當(dāng)真空在10-3Pa量級（約20min）時，可滿足磁控靶工作真空條件。二實驗內(nèi)容及步驟763)磁控濺射操作：基片加熱至所需溫度，開氣瓶閥門→開減壓閥→關(guān)高真空測量（開低真空測量）→檢查質(zhì)量流量控制器流量應(yīng)為最?。阄唬┖汀瓣P(guān)閉”狀態(tài)→開質(zhì)量流量控制器電源→調(diào)節(jié)流量同時觀察低真空指示≥0.5Pa→直流源操作（RF源操作下述），將電壓電位器調(diào)到最小（逆時針）→開ON開關(guān)→增加電壓同時觀察電流指示到所需功率（VI）→鍍膜達(dá)到所需厚度時進(jìn)行“關(guān)機(jī)操作”。RF源操作先選200W量程，調(diào)Ua電位器有指示，看pf?pr比例，要求pf：pr>5:1，調(diào)好200V→Ua電位器逆時針最小→開UT10分鐘→開Ua“ON”→調(diào)C1和C2，使反射功率最小→增加Ua電壓≥500V，同時觀察自偏表頭指有指示說明開始輝光放電→達(dá)到所需厚度時進(jìn)行“關(guān)機(jī)操作”。3)磁控濺射操作：774)關(guān)機(jī)操作：關(guān)電源→將電源電位旋鈕逆時針最小（DC和RF類同）→關(guān)工作氣體（將質(zhì)量流量計流量調(diào)到零位，同時將控制開關(guān)調(diào)到“關(guān)閉”位置）→關(guān)基片自動擋板→關(guān)基片片加熱控制→待基片溫度降到接近室溫可將基片從鍍膜室取出。4)關(guān)機(jī)操作：78三注意事項1)磁控靶在RF源工作狀態(tài)時，若功率到300W還不能正常工作（不起輝），可適當(dāng)增加工作氣壓（不同靶材工作氣體壓強(qiáng)不同）。2)質(zhì)量流量控制器操作前務(wù)必關(guān)閉高真空電離規(guī)測量。3)質(zhì)量流量控制器“清洗狀態(tài)”，慎重使用，只有當(dāng)該控制器嚴(yán)重污染導(dǎo)致“漏氣”時才使用。4)RF源工作時，“反射”功率要反復(fù)調(diào)節(jié)，才能達(dá)到最小。5)RF工作時，設(shè)備地線“質(zhì)量”很關(guān)鍵，若接地電阻太大或有干擾，會導(dǎo)致真空測量及其他部件不能正常工作。6)基片加熱停止后不要即刻給鍍膜室“放氣”，否則會導(dǎo)致薄膜氧化影響質(zhì)量。三注意事項79四思考題1)為什么通入氣體以前，必須關(guān)閉高真空電離規(guī)？2)實驗過程中出現(xiàn)不起輝的問題，怎樣處理？四思考題80實驗三電子束蒸發(fā)鍍膜實驗三電子束蒸發(fā)鍍膜81一實驗原理:1)真空蒸發(fā)是制備薄膜的一種常用工藝，在工業(yè)上應(yīng)用較多。具體過程是：通常在真空度為10-4-10-5Torr的真空室內(nèi)進(jìn)行，采用電阻式加熱、電子束加熱、電弧加熱及激光加熱等加熱方法，是金屬或者合金等材料蒸發(fā)和升華，由固態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)（原子、分子或原子團(tuán)）；蒸發(fā)的氣態(tài)粒子通過基本上沒有碰撞的直線方式從蒸發(fā)源傳輸?shù)交?，并在基片上沉積成膜。導(dǎo)電材料、介質(zhì)材料、磁性材料和半導(dǎo)體材料等，都可以通過真空蒸發(fā)工藝制備。一實驗原理:822)真空蒸發(fā)原理蒸發(fā)鍍膜要求從蒸發(fā)源出來的蒸汽分子或原子，到達(dá)被鍍膜基片的距離要小于鍍膜室內(nèi)殘余氣體分子的平均自由程，這樣才能保證蒸發(fā)物的蒸汽分子能無碰撞地到達(dá)基片表面。氣體分子運動平均自由程公式：

2)真空蒸發(fā)原理83根據(jù)克拉貝龍方程，物質(zhì)的蒸氣壓Pv是是溫度T的函數(shù)。對于質(zhì)量為M的物質(zhì)，其蒸發(fā)率可用下式表示：

根據(jù)克拉貝龍方程，物質(zhì)的蒸氣壓Pv是是溫度T的函數(shù)。對843)電子束蒸發(fā)

3)電子束蒸發(fā)85二實驗內(nèi)容及步驟:1)基片清洗以及安裝：對薄膜基片，先用水洗掉灰塵，再用超聲波清洗干凈，取出后用高純度氮氣吹干，把干凈的基片放在樣品架指定位置。2)鍍膜材料的準(zhǔn)備，安放在蒸發(fā)用坩堝內(nèi)。3)蓋好鐘罩，抽真空，達(dá)到蒸發(fā)鍍膜的真空要求（10-4Pa左右）。4)開啟坩堝的加熱電源，烘烤樣片。5)預(yù)熔鍍膜材料。6)移開基片的擋板，設(shè)定樣片基片的加熱程度，把蒸鍍材料的加熱到一定溫度（熔點以上），開始蒸鍍。7)蒸膜厚度達(dá)到要求以后，把擋板撥回原位，依次關(guān)閉鍍膜材料、基片的加熱電源，等基片冷卻到室溫左右，關(guān)閉真空泵，開啟鐘罩，取出樣片進(jìn)行測試。二實驗內(nèi)容及步驟:86三注意事項1)預(yù)熔鍍膜材料時要保證擋板擋在樣片上。2)樣片取出前要冷卻樣片到室溫左右。三注意事項87四思考題:

1)真空度對電子束蒸發(fā)鍍膜有什么影響？2)為什么沉積薄膜之前，要先烘烤樣片？四思考題:88實驗四硅光電池特性研究實驗四硅光電池特性研究89一實驗原理:1)光電池簡介光電池是一種很重要的光電探測元件，它不需要外加電源而能直接把光能轉(zhuǎn)換成電能．最受重視的是硅光電池，因為它有一系列優(yōu)點：性能穩(wěn)定，光譜范圍寬，頻率特性好，轉(zhuǎn)換效率高，能耐高溫輻射等．同時，硅光電池的光譜靈敏度與人眼的靈敏度較為接近，所以很多分析儀器和測量儀器常用到它．一實驗原理:902)硅光電池簡介硅光電池分為晶體硅光電池以及a－Si（非晶硅）光電池兩大類。晶體硅光電池主要分為單晶硅與多晶硅光電池，用P型（或n型）硅襯底，通過磷（或硼）擴(kuò)散形成PN結(jié)成制作，生產(chǎn)技術(shù)成熟，是光伏市場上的主導(dǎo)產(chǎn)品。采用埋層電極、表面鈍化、強(qiáng)化陷光、密柵工藝、優(yōu)化背電極及接觸電極等技術(shù)，光電轉(zhuǎn)換效率有較大提高。a－Si（非晶硅）光電池一般采用高頻輝光放電方法使硅烷氣體分解沉積而成。由于外解沉積溫度低，可在玻璃、不銹鋼板、陶瓷板、柔性塑料片上沉積約1μm厚的薄膜，易于大面積化，成本較低，多采用PIN結(jié)構(gòu)。

2)硅光電池簡介913)光電池的工作原理-光生伏特效應(yīng)

3)光電池的工作原理-光生伏特效應(yīng)924)硅光電池的負(fù)載特性

4)硅光電池的負(fù)載特性93二實驗內(nèi)容及步驟1)準(zhǔn)備若干待測量硅光電池；2)打開模擬器的電源，打開氙燈和降溫風(fēng)扇；3)把標(biāo)準(zhǔn)電池接入模擬器測試端，調(diào)節(jié)光強(qiáng)使得輸出達(dá)到AM1.5的標(biāo)準(zhǔn)測試條件；4)接入硅光電池，開始測量，并記錄測試結(jié)果。二實驗內(nèi)容及步驟94三注意事項

1)開啟氙燈同時要打開降溫風(fēng)扇；2)調(diào)節(jié)光強(qiáng)，使輸出達(dá)到合適條件。三注意事項95四思考題1)實驗中所用光源功率變大，光電池的哪些參數(shù)發(fā)生變化？2)硅光電池的輸出與入射光照射瞬間有沒有滯后現(xiàn)象？四思考題96實驗五太陽能電池窗口材料-ZnO的光學(xué)特性研究實驗五太陽能電池窗口材料-ZnO的光學(xué)特性研究97一實驗原理:1)氧化鋅:ZnO薄膜是一種光學(xué)透明薄膜，純ZnO及其摻雜薄膜具有優(yōu)異光電性能，用途廣闊，而且原料易得、價格低廉、毒性小，是一種在高新技術(shù)領(lǐng)域及廣闊的民用領(lǐng)域極具發(fā)展?jié)摿Φ谋∧げ牧?。ZnO薄膜作為極好的透明電極材料，主要用作太陽電池的窗口材料，對促進(jìn)廉價太陽電池的發(fā)展具有重要意義。一實驗原理:98優(yōu)質(zhì)的ZnO薄膜具有C軸擇優(yōu)取向生長的眾多晶粒，每個晶粒都是生長良好的六角形纖鋅礦結(jié)構(gòu)，晶格常數(shù)a=0.325nm，c=0.521nm，ZnO薄膜的電阻率高于10-8Ωcm。ZnO薄膜的高電阻率與單一的Ｃ軸結(jié)晶擇優(yōu)取向決定了它具有良好的壓電常數(shù)與機(jī)電耦合系數(shù)，可用作各種壓電、壓光、電聲與聲光器件。制備條件、摻雜、退火均能不同程度的改變氧化鋅薄膜的特性，使其擁有更大的應(yīng)用范圍。譬如通過摻雜或退火條件可形成ZnO簡單半導(dǎo)體，導(dǎo)電性能大幅提高，電阻率可降低到10-2Ωcm數(shù)量級。優(yōu)質(zhì)的ZnO薄膜具有C軸擇優(yōu)取向生長的眾多晶粒，每個晶992)光譜吸收原理半導(dǎo)體材料通常能強(qiáng)烈地吸收光能。在光吸收過程中，具有一定能量的光子，將電子從低能態(tài)激發(fā)到高能態(tài)。電子從激發(fā)態(tài)回到基態(tài)并發(fā)射光子的過程，稱為復(fù)合躍遷。與躍遷過程相對應(yīng)，在半導(dǎo)體的透射光譜和發(fā)光光譜圖上留下特征性的譜線或譜帶，研究這些譜線或譜帶可以了解半導(dǎo)體中相應(yīng)的能量狀態(tài)及其間的躍遷過程，這些躍遷過程包括帶—帶躍遷、激于躍遷、子帶間躍遷、和雜質(zhì)中心有關(guān)的躍遷、自由載流子的帶內(nèi)躍迂、晶格振動態(tài)之間的躍遷和共振等等。在紫外和可見光波段，有時包括近紅外波段是電子從價帶躍遷到導(dǎo)帶引起的強(qiáng)烈吸收區(qū)域，稱為基本吸收區(qū)，這是半導(dǎo)體光吸收過程中最為重要的一部分，其吸收系數(shù)可高達(dá)104－105cm-1。躍遷過程伴隨著非平衡裁流子的產(chǎn)生和光電導(dǎo)現(xiàn)象的出現(xiàn)。在這一吸收區(qū)的低能端，吸收系數(shù)很陡峭地下降，可以在10－102meV的能量范圖內(nèi)下降3—4個數(shù)量級之多。2)光譜吸收原理100電子功能薄膜制備與測試課件1013)ZnO薄膜的光學(xué)特性測試

高阻ZnO薄膜透光率與波長的關(guān)系3)ZnO薄膜的光學(xué)特性測試102低阻ZnO:Al薄膜透光率與波長的關(guān)系低阻ZnO:Al薄膜透光率與波長的關(guān)系1034)磁控濺射法制備ZnO薄膜磁控濺射法是目前（尤其是國內(nèi)）研究最多、最成熟的一種ZnO薄膜制備方法,此法適用于各種壓電、氣敏和透明導(dǎo)體用優(yōu)質(zhì)ZnO薄膜的制備。用此法即使在非晶襯底上也可得到高度Ｃ軸取向的ZnO薄膜。濺射可分為普通濺射和反應(yīng)濺射。若靶材是Zn，沉積過程中Zn與環(huán)境氣氛中的氧氣發(fā)生反應(yīng)生成ZnO則是反應(yīng)濺射；若靶材是ZnO陶瓷，沉積過程中無化學(xué)變化則為普通濺