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本文采用射频反应磁控溅射方法在玻璃基底上制备了纳米CU3N薄膜,并研究了溅射工艺参数和Ni掺杂对薄膜的成份、结构、表面形貌、电学性能和光学性能的影响。实验采用X射线能量色散谱仪(EDS)、X射线衍射分析仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、四探针电阻仪、紫外-可见分光光度计等仪器分别对薄膜的成份、结构、表面形貌以及电学性能和光学性能进行了研究。研究发现:
(1)溅射功率、氮气分压等参数对CU3N薄膜结构的择优取向有很大的影响,随着溅射功率的增加,薄膜的择优取向由(111)晶面向(100)晶面转变;随着氮气分压的增加,薄膜的择优取向也由(111)晶面向(100)晶面转变。基底温度对Cu3N薄膜的形成有较大影响,在本实验条件下制备Cu3N薄膜的最佳基底温度为100℃,形成Cu3N相的最高温度在180-200℃之间,当温度高于这个范围时,没有Cu3N生成,只有Cu相。
(2)溅射功率对Cu3N薄膜的光学性能、电学性能有很大的影响,随着溅射功率的增加,Cu3N薄膜的光学能隙从1.85ev减小到1.41ev,而薄膜的电阻率从1.45×102Ω cm增加到2.99×103Ω cm。
(3) Ni的含量对Cu3N薄膜的结构、表面形貌以及性能有很大影响,Ni的加入使得Cu3N薄膜的(111)晶面向小角度偏移;随着Ni含量的增加,Cu3N薄膜的表面颗粒形状由圆形结构向条状结构转变;同时,Ni的含量对Cu3N薄膜的性能有较大影响,随着Ni含量的增加,薄膜的光学能隙从1.09ev增加到1.52ev,而薄膜的电阻率从1450×10-6Ω·cm减小到184×106Ω·cm。