本文選題：氧化鈰薄膜　切入點(diǎn)：磁控濺射　出處：《長(zhǎng)春大學(xué)》2017年碩士論文

【摘要】：CeO_2屬于立方晶系,晶體結(jié)構(gòu)為螢石型,其八面體間隙的位置是空的。氧化鈰中的鈰離子存在+3與+4兩種價(jià)態(tài),并且在不同的氧環(huán)境下(富氧與貧氧),能夠?qū)崿F(xiàn)這兩種價(jià)態(tài)之間的轉(zhuǎn)變。又由于氧化鈰自身能夠?qū)崿F(xiàn)這兩種價(jià)態(tài)的轉(zhuǎn)變,使得氧化鈰能夠存儲(chǔ)和釋放氧,并且其結(jié)構(gòu)仍能保持螢石型。氧化鈰以其自身獨(dú)特的結(jié)構(gòu)性質(zhì),在永磁材料、光學(xué)玻璃、快離子導(dǎo)體、汽車用催化劑等方面得到廣泛的應(yīng)用。盡管人們已經(jīng)對(duì)氧化鈰展開了許多性能方面的研究,但針對(duì)實(shí)驗(yàn)條件所引起氧化鈰織構(gòu)與形貌改變的報(bào)道比較少。薄膜的生長(zhǎng)過程直接影響到薄膜的結(jié)構(gòu)以及它最終的性能。本文采用射頻磁控濺射方法制備了不同沉積條件下的氧化鈰薄膜,使用XRD、SEM進(jìn)行表征,觀察由沉積條件所引起的氧化鈰薄膜的織構(gòu)與形貌的變化。制備了氮摻雜的氧化鈰薄膜和鎂摻雜的氧化鈰薄膜,使用XRD、SEM表征,觀察陰離子摻雜與陽(yáng)離子摻雜引起氧化鈰織構(gòu)與形貌的變化。選取了兩個(gè)具有特殊形貌的氧化鈰薄膜樣品,在相同沉積條件下,制備了不同濺射時(shí)間的氧化鈰薄膜,使用XRD、SEM、AFM進(jìn)行表征,研究了這兩組實(shí)驗(yàn)下的氧化鈰薄膜的生長(zhǎng)機(jī)制。本論文的主要內(nèi)容如下:(1)在不同氣體流量比條件下,氧化鈰薄膜存在(111)織構(gòu)與(200)織構(gòu)的轉(zhuǎn)變,當(dāng)氣體流量比(Ar:O_2)=30:5sccm的情況下,形貌特征與同組其他樣品存在些許不同。薄膜的沉積速率隨著氧分壓的增大,呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)。(2)在不同濺射壓強(qiáng)條件下,氧化鈰薄膜存在明顯的(111)擇優(yōu)取向或(200)擇優(yōu)取向。隨著濺射壓強(qiáng)的值增大,氧化鈰薄膜由(200)織構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)?111)織構(gòu)。0.4Pa條件下的氧化鈰薄膜形貌與同組其他樣品有很大差別,0.4Pa條件下的氧化鈰薄膜形貌是由小顆粒堆聚而成,且較為致密,其他條件下的氧化鈰薄膜均生成了疏松的三角形的形貌特征。0.4Pa條件下的氧化鈰薄膜沉積速率為2.0nm/min,其他條件下的均為4.0nm/min左右。(3)在不同沉積溫度條件下,氧化鈰薄膜的晶體織構(gòu)沒有明顯的規(guī)律可循。在200℃與800℃時(shí),氧化鈰薄膜分別有明顯的(111)與(200)擇優(yōu)取向。隨著沉積溫度的增大,氧化鈰薄膜的形貌呈現(xiàn)出明顯的不同。氧化鈰薄膜的沉積速率在800℃時(shí)為2.5nm/min,其他條件下均為4.0nm/min左右。(4)在不同的沉積溫度下所制備的氮摻雜的氧化鈰薄膜,形貌特征基本沒有變化,晶體結(jié)構(gòu)也沒有特別的規(guī)律可循,而與在相同條件下制備的氧化鈰薄膜卻存在很大的差異。通過改變鎂靶材的射頻功率,所制備的鎂摻雜的氧化鈰薄膜,其形貌特征也是基本沒有變化,而與之前制備的氧化鈰薄膜的形貌卻極為相似。(5)400℃下制備的不同濺射時(shí)長(zhǎng)的氧化鈰薄膜,隨著濺射時(shí)間的增大,晶體結(jié)構(gòu)的擇優(yōu)取向逐漸從(200)轉(zhuǎn)變?yōu)?111)。從SEM結(jié)果中可以看出晶粒由聚集的小圓球生長(zhǎng)成疏松的三角形。由AFM的表征結(jié)果中,可以將氧化鈰薄膜的生長(zhǎng)分為兩個(gè)階段,第一階段的生長(zhǎng)指數(shù)β1為0.49±0.08,第二階段的生長(zhǎng)指數(shù)β2為1.91±0.08。(6)800℃下所制備的不同濺射時(shí)長(zhǎng)的氧化鈰薄膜,均呈現(xiàn)出(200)織構(gòu),其形貌特征先是由聚集的小圓球發(fā)展成個(gè)別晶粒被拉長(zhǎng)成三角形的形貌,再接著生成四邊形顆粒聚集的形貌,最后生成個(gè)別晶體異常長(zhǎng)大成四面體的形貌。其生長(zhǎng)過程可以分為兩個(gè)階段,第一階段的生長(zhǎng)指數(shù)β1為0.57±0.04,第二階段的生長(zhǎng)指數(shù)β2為2.56±0.36。本論文討論了磁控濺射法中沉積條件對(duì)氧化鈰薄膜結(jié)構(gòu)與形貌的影響,以及氮離子摻雜與鎂離子摻雜對(duì)氧化鈰薄膜結(jié)構(gòu)與形貌的影響,討論了具有特殊形貌特征的氧化鈰薄膜的生長(zhǎng)機(jī)制,為磁控濺射法調(diào)控氧化鈰薄膜的結(jié)構(gòu)與形貌提供了實(shí)驗(yàn)依據(jù),也為將來氧化鈰做更多的應(yīng)用提供參考。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：長(zhǎng)春大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TQ133.3;TB383.2

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1696255