本文關(guān)鍵詞：Mg-C-O-H薄膜的制備及性能研究

  更多相關(guān)文章： 紅外透明導(dǎo)電薄膜 Mg-C-O-H薄膜 Mgx-Cy薄膜 磁控濺射 兩步法

【摘要】：隨著航空航天光電系統(tǒng)的發(fā)展,紅外透明導(dǎo)電薄膜以其優(yōu)異的導(dǎo)電性能和紅外光學(xué)性能引起了科研工作者的廣泛關(guān)注。在光電窗口表面增鍍紅外透明導(dǎo)電薄膜既可以使得前置探測(cè)器在探測(cè)紅外信號(hào)的同時(shí)不受電磁波的干擾。然而,根據(jù)德魯?shù)伦杂呻娮永碚摽芍?導(dǎo)電性能與寬波段透過性能是一對(duì)矛盾體,使得紅外高透過和電磁屏蔽不能協(xié)調(diào)。因此,解決光電性能之間的矛盾顯得尤為重要。本論文通過兩步法,利用雙靶磁控共濺射和高溫高壓反應(yīng)釜制備出了具有良好導(dǎo)電性能和寬波段高透過性能的Mg-C-O-H薄膜。通過探討不同C靶濺射功率、襯底溫度、退火溫度和時(shí)間對(duì)Mg-C-O-H薄膜晶體結(jié)構(gòu)、表面形貌、元素含量和化學(xué)鍵合態(tài)的影響,得出制備最佳光電性能薄膜的工藝參數(shù)。不同C靶濺射功率將會(huì)對(duì)Mg-C-O-H薄膜的晶體結(jié)構(gòu)、表面形貌、化學(xué)成分等產(chǎn)生影響。隨著C靶濺射功率的增加,Mgx-Cy薄膜與Mg-C-O-H薄膜的結(jié)晶度逐漸下降,表面粗糙度逐漸升高。由于載流子濃度的增加,Mgx-Cy薄膜與水蒸氣反應(yīng)后得到的Mg-C-O-H薄膜的可見光透過率隨著C靶濺射功率的增加而降低,但是不同C含量的Mg-C-O-H薄膜的可見光透過率均大于80%。由于不同C含量將會(huì)使得載流子濃度發(fā)生變化,使得Mg-C-O-H薄膜光學(xué)帶隙在4.04~6.87eV之間變動(dòng)。Mg-C-OH薄膜在C靶的濺射功率為120 W時(shí)導(dǎo)電性能最為優(yōu)異,此時(shí)的電阻率為69.7Ω·cm,載流子濃度為2.4×1015 cm-3。但是不同C靶濺射功率下薄膜的電學(xué)性能變化不大,這主要是由于C與Mg原子的相容性較差,當(dāng)Mgx-Cy薄膜與水蒸氣反應(yīng)時(shí),出現(xiàn)C的偏聚現(xiàn)象。通過改變制備Mgx-Cy薄膜的襯底溫度,發(fā)現(xiàn)Mgx-Cy薄膜的晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。C原子進(jìn)入薄膜的晶體結(jié)構(gòu)后,Mgx-Cy薄膜的X射線衍射峰向低衍射角方向偏移。隨著襯底溫度的增加,Mg-C-O-H薄膜以(001)晶面擇優(yōu)取向逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)?101)和(110)晶向擇優(yōu)取向。隨著襯底溫度的增加,Mg-C-O-H薄膜的電阻率逐漸降低,載流子濃度和遷移率逐漸升高。襯底溫度為400℃時(shí),Mg-C-O-H薄膜的電阻率最低為4.086Ω·cm,載流子濃度最高為3.11×1016 cm-3,載流子遷移率最高為49.18 cm2V-1s-1。隨著襯底溫度的增加,Mg-C-O-H薄膜的可見光透過率變化不大,都大于70%。由于薄膜中襯底溫度的增加,載流子濃度逐漸增加,Mg-C-OH薄膜紅外光透過率逐漸下降。但在中紅外的3~5μm和8~10μm處的透過率大于70%。對(duì)Mg-C-O-H薄膜在不同的溫度和時(shí)間下進(jìn)行退火,可以明顯改變薄膜的光電性能。當(dāng)退火溫度為140℃,退火時(shí)間為1.5 h時(shí),Mg-C-O-H薄膜獲得最佳的電學(xué)性能,此時(shí)電阻率為0.0348Ω·cm,此時(shí)薄膜的載流子濃度為2.98×1018 cm-3,遷移率為58.38 cm2V-1s-1。Mg-C-O-H薄膜的可將光透過率大于85%,紅外光透過率大于70%。
【關(guān)鍵詞】：紅外透明導(dǎo)電薄膜 Mg-C-O-H薄膜 Mgx-Cy薄膜 磁控濺射 兩步法
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TB383.2
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第1章 緒論11-28
• 1.1 研究背景11
• 1.2 幾種常見的紅外窗口材料11-14
• 1.3 幾種常見的紅外透明導(dǎo)電薄膜體系14-24
• 1.3.1 金屬薄膜14-16
• 1.3.2 金屬網(wǎng)柵薄膜16-17
• 1.3.3 新型透明碳材料薄膜17-19
• 1.3.4 氧化物薄膜19-24
• 1.4 Mg-C-O-H薄膜的研究現(xiàn)狀24-27
• 1.5 本文主要研究內(nèi)容27-28
• 第2章 材料制備及實(shí)驗(yàn)方法28-36
• 2.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)28
• 2.2 Mg-C-O-H薄膜的制備28-32
• 2.2.1 薄膜制備材料28
• 2.2.2 薄膜沉積系統(tǒng)28-30
• 2.2.3 薄膜沉積過程30-32
• 2.3 實(shí)驗(yàn)的表征方法32-36
• 2.3.1 厚度表征32
• 2.3.2 結(jié)構(gòu)表征32-33
• 2.3.3 成分及化學(xué)鍵合表征33-34
• 2.3.4 電學(xué)性能表征34
• 2.3.5 光學(xué)性能表征34
• 2.3.6 力學(xué)性能表征34-36
• 第3章 濺射功率對(duì)Mg-C-O-H薄膜性能的影響36-52
• 3.1 引言36
• 3.2 濺射功率對(duì)薄膜沉積速率的影響36-37
• 3.3 晶體結(jié)構(gòu)37-41
• 3.4 表面形貌41-45
• 3.5 薄膜的電學(xué)性能45-47
• 3.6 薄膜的光學(xué)性能47-51
• 3.6.1 Mg-C-O-H薄膜的可見光學(xué)性能48-49
• 3.6.2 Mg-C-O-H薄膜的紅外光學(xué)性能49-51
• 3.7 本章小結(jié)51-52
• 第4章 襯底溫度對(duì)Mg-C-O-H薄膜性能的影響52-60
• 4.1 引言52
• 4.2 不同襯底溫度下薄膜的晶體結(jié)構(gòu)52-54
• 4.3 不同襯底溫度下的薄膜表面形貌54-55
• 4.4 Mg-C-O-H薄膜的電學(xué)性能55-56
• 4.5 Mg-C-O-H薄膜的光學(xué)性能56-58
• 4.5.1 Mg-C-O-H薄膜的可見光學(xué)性能56-57
• 4.5.2 Mg-C-O-H薄膜的紅外光學(xué)性能57-58
• 4.6 本章小節(jié)58-60
• 第5章 退火對(duì)Mg-C-O-H薄膜性能的影響60-79
• 5.1 引言60
• 5.2 退火后晶體結(jié)構(gòu)60-62
• 5.3 表面形貌62-65
• 5.4 Mg-C-O-H薄膜的元素化學(xué)鍵合態(tài)分析65-70
• 5.5 Mg-C-O-H薄膜的電學(xué)性能70-73
• 5.6 Mg-C-O-H薄膜的光學(xué)性能73-76
• 5.6.1 Mg-C-O-H薄膜的可見光學(xué)性能73-75
• 5.6.2 Mg-C-O-H薄膜的紅外光學(xué)性能75-76
• 5.7 Mg-C-O-H薄膜的力學(xué)性能76-77
• 5.8 本章小節(jié)77-79
• 第6章 Mg-C-O-H薄膜光電性能的調(diào)控機(jī)制79-87
• 6.1 引言79
• 6.2 Mg-C-O-H薄膜中電子的輸運(yùn)機(jī)制79-81
• 6.3 Mg-C-O-H薄膜禁帶寬度的調(diào)控81-83
• 6.4 Mg-C-O-H薄膜載流子濃度與等離子波長的調(diào)控83-85
• 6.5 本章小節(jié)85-87
• 結(jié)論87-89
• 參考文獻(xiàn)89-98
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文及其它成果98-100
• 致謝100

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本文編號(hào)：851557