PbO薄膜调研报告.docxVIP

PbO薄膜性能的测试1．小角度XRR的测试1.1小角度XRR测试原理利用小角度X射线反射可精确测定薄膜的厚度，a，b分别表示薄膜表面和薄膜与衬底的界面，d表示薄膜的厚度，x射线分别在a面和b面反射。由于对x射线来说，材料的折射率可以认为1，因此当两束光的光程差为x射线波长的整数倍，即2d sinθ=mλ时，反射强度将发生发生干涉加强。经过简单的推导，我们不难得到薄膜的厚度d为式中九表示x射线的波长(本文使用的是CuKα X射线源^=O．1541nm)1.2Ar和02流量比对PbO薄膜生长速率的影响图3-3为PbO样品的小角度X-ray反射曲线。从图中可以看出，反射曲线呈现清晰的等间距的振荡，说明采用直流反应磁控溅射制备的PbO薄膜具有很好的平整度和衬底黏附性。图3-4为衬底温度在室温下，不同氧气流量的薄膜的厚度变化曲线。从图中可以看出，随着氧气流量的增加，薄膜的厚度减小，生长速度降低。T．K Sabmmanyan等人用直流反应磁控溅射制备CdO薄膜时也发现了类似的现象，他们认为氧气流量增加导致金属靶材被氧化，从而降低了沉积速率。1.3衬底温度对PbO薄膜生长速率的影响图3-5为在不同衬底温度下制备的氧化铅薄膜厚度变化曲线。从图中可以看出，薄膜的生长速度基本保持不变，说明在直流反应磁控溅射系统中，衬底温度对PbO薄膜的生长速率变化的影响不明显。2. XRD测试2.1XRD测试原理X射线照射到晶体上时，部分x射线遇到晶体后，改变其前进的方向，与原来的入射方向不一致，这些x射线实际上时晶体中各个原子对x射线的相干散射波叠加而成，称之为衍射线。衍射线的方向只与x射线的波长，晶胞的形状和大小，以及入射线与晶体的相对方位有关。根据布拉格衍射定律，要产生衍射。必须使入射线与晶面所成的交角。与射线波长凡至今满足布拉格方程。2dsinθ=nλ式中，d为晶体的晶面间距，θ为入射线与晶面所成的夹角，凡为X射线波长。因此，X射线衍射线的位置决定与晶胞内原子种类，数目，及排列方式。对不同的晶态物质而言，不是前者有异，就是后者有别，因此，也就有其独特的衍射花样，当试样中包含多种以上的结晶物质是，他们的衍射花样将同时出现，而且不会干涉。利用x射线，可测定晶体的多种参数，反之，可通过物质的衍射，来判断物质的各种性能指标。2.2Ar和02流量比对PbO薄膜晶体结构的影响图3-6为衬底温度在室温下，不同Ar／02流量气氛中制备的氧化铅薄膜的XRD图。保持混合气体总流量为120sccm，Ar／02流量比分别为60：60，70：50，80：40，90：30，100：20，从图中可以看出当氧气分量较大时，没有明显的衍射峰，说明氧化铅薄膜没有结晶，为非晶膜。当氧气流量减小为30seem时，薄膜开始结晶，与标准粉末衍射数据比较，对应为正交晶系结构PbO(111)，(002)，(012)，(202)，(312)晶面的衍射峰，但(002)晶面与其它衍射峰的相对强度与标准粉末样品明显偏大，说明衬底温度为室温时，磁控溅射制备的氧化铅薄膜沿(002)方向择优生长。从图中还可以看出，(002)晶面衍射峰的半高宽(FWHM)从1．476。减少到0．695。，由谢勒公式可以得出，随着氧气流量的减小，氧化铅薄膜的晶粒长大。2.3．衬底温度对PbO薄膜晶体结构的影响图3．7为样品在溅射过程中保持Ar和02流量比为80：40，在不同的衬底温度下沉积的氧化铅薄膜的XRD图。从图中可以看出，当衬底不加热时，XRD没有明显的衍射峰，薄膜为非晶膜。随着衬底温度的升高，薄膜开始结晶，与标准粉末衍射数据相比较，衬底温度为1000C和2000C时，样品薄膜对应为正交晶系结构PbO(111)，(002)，(202)，(312)晶面的衍射峰，衬底温度等于3000C时，正交晶系的PbO衍射峰消失，在28．70和30.80位置出现新的衍射峰，对应为正交晶系结构的Pb304(220)，(112)晶面的衍射峰。3.UV-VIS测试3.1 UV-VIS测试原理紫外可见分光光度法应用于半导体领域，可测量半导体的吸收边，吸收系数和薄膜的厚度。当测试波长位于半导体的禁带宽度所对应的波长范围，会引起吸收度的急剧改变。根据3.2Ar和02流量比对PbO薄膜UV—VIS透射谱的影响3.3衬底温度对PbO薄膜UV-VIS透射谱的影响图3—11为不同衬底温度下氧化铅薄膜的Uv-VIS透射谱。从图中可以看出，衬底温度变化时，薄膜样品在长波段范围的平均透光率基本保持不变。与此同时，衬底温度较低时，薄膜的吸收边基本不发生移动，随着衬底温度的升高，薄膜的吸收边向长波方向移动，发生红移。