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:“低于一個標準大氣壓里的氣體狀態”。相對于大氣狀態，在真空狀態下氣體的新特點：1：氣體分子數目的減少，即氣體單位體積中所具有的分子數目的減少；2：伴隨著氣體分子數目的減少，分子之間、分子與器壁之間相互碰撞的次數逐漸減少；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物質的稀薄程度。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機械泵:機械泵:4擴散泵

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

二實驗內容及步驟:81.開啟設備電源，檢查放氣閥已經關閉。2.啟動機械泵，打開活塞使機械泵與真空室相連，當真空系統的壓強到1.3Pa以下時，接通油擴散泵的冷卻水，接通加熱電源，使擴散泵開始工作。3.測量壓強的工作要一直進行，要注意擴散泵加熱后壓強的變化。當溫差電偶真空計顯示的系統的壓強達到0.13Pa時，打開電離真空計電源，預熱10分鐘后，再使用電離真空計繼續進行測量。1.開啟設備電源，檢查放氣閥已經關閉。94.每隔30秒測量一下壓強值并記錄。5.結束實驗時，首先斷開電離真空計和復合真空計的總電源開關，然后斷開擴散泵的加熱電源，大約過20分鐘后，關閉真空泵與真空室相連閥門，最后切斷機械泵電源，真空系統內保持真空，并使機械泵的內部與外界大氣相通，同時關閉擴散泵的冷卻水。最后依次關閉各電源。4.每隔30秒測量一下壓強值并記錄。10三注意事項:1)對玻璃系統操作一定要輕緩，事先把步驟擬好，正確無誤方可進行實驗。2)開泵之前一定要關閉放氣閥，關泵之前一定要先關閉閥門，然后停泵并立即打開放氣閥。3)擴散泵開啟之前，一定要先使用前級機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散泵加熱？3)突然停電、斷水時應采取什么措施？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象，使處于等離子狀態下的離子轟擊靶表面，并利用環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，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，其構造是在封閉的容器內放置兩個平行的電極板，利用電子將中性原子和分子激發，當粒子由激發態(excitedstate)降回至基態(groundstate)時會以光的形式釋放出能量。2)輝光放電是濺射的基礎，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，不會持續放電，無法產生輝光放電效應，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電位，如此即可繼續濺鍍。射頻放電雖然可在5~30MHz頻率范圍內進行，實際上，通常工業用頻率為13.56MHz，主要是為了避免對通信的干擾，工作壓強可降到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，依次開啟冷卻循環水機、開機械泵、真空計，當真空小于10Pa時，開分子泵（“電源”和“啟動”），當真空在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→關高真空測量（開低真空測量）→檢查質量流量控制器流量應為最小（零位）和“關閉”狀態→開質量流量控制器電源→調節流量同時觀察低真空指示≥0.5Pa→直流源操作（RF源操作下述），將電壓電位器調到最小（逆時針）→開ON開關→增加電壓同時觀察電流指示到所需功率（VI）→鍍膜達到所需厚度時進行“關機操作”。RF源操作先選200W量程，調Ua電位器有指示，看pf?pr比例，要求pf：pr>5:1，調好200V→Ua電位器逆時針最小→開UT10分鐘→開Ua“ON”→調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→達到所需厚度時進行“關機操作”。3)磁控濺射操作：204)關機操作：關電源→將電源電位旋鈕逆時針最小（DC和RF類同）→關工作氣體（將質量流量計流量調到零位，同時將控制開關調到“關閉”位置）→關基片自動擋板→關基片片加熱控制→待基片溫度降到接近室溫可將基片從鍍膜室取出。4)關機操作：21三注意事項1)磁控靶在RF源工作狀態時，若功率到300W還不能正常工作（不起輝），可適當增加工作氣壓（不同靶材工作氣體壓強不同）。2)質量流量控制器操作前務必關閉高真空電離規測量。3)質量流量控制器“清洗狀態”，慎重使用，只有當該控制器嚴重污染導致“漏氣”時才使用。4)RF源工作時，“反射”功率要反復調節，才能達到最小。5)RF工作時，設備地線“質量”很關鍵，若接地電阻太大或有干擾，會導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”，否則會導致薄膜氧化影響質量。三注意事項22四思考題1)為什么通入氣體以前，必須關閉高真空電離規？2)實驗過程中出現不起輝的問題，怎樣處理？四思考題23實驗三電子束蒸發鍍膜實驗三電子束蒸發鍍膜24一實驗原理:1)真空蒸發是制備薄膜的一種常用工藝，在工業上應用較多。具體過程是：通常在真空度為10-4-10-5Torr的真空室內進行，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和升華，由固態變為氣態（原子、分子或原子團）；蒸發的氣態粒子通過基本上沒有碰撞的直線方式從蒸發源傳輸到基片上，并在基片上沉積成膜。導電材料、介質材料、磁性材料和半導體材料等，都可以通過真空蒸發工藝制備。一實驗原理:252)真空蒸發原理蒸發鍍膜要求從蒸發源出來的蒸汽分子或原子，到達被鍍膜基片的距離要小于鍍膜室內殘余氣體分子的平均自由程，這樣才能保證蒸發物的蒸汽分子能無碰撞地到達基片表面。氣體分子運動平均自由程公式：

2)真空蒸發原理26根據克拉貝龍方程，物質的蒸氣壓Pv是是溫度T的函數。對于質量為M的物質，其蒸發率可用下式表示：

根據克拉貝龍方程，物質的蒸氣壓Pv是是溫度T的函數。對273)電子束蒸發

3)電子束蒸發28二實驗內容及步驟: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)鍍膜材料的準備，安放在蒸發用坩堝內。3)蓋好鐘罩，抽真空，達到蒸發鍍膜的真空要求（10-4Pa左右）。4)開啟坩堝的加熱電源，烘烤樣片。5)預熔鍍膜材料。6)移開基片的擋板，設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)蒸膜厚度達到要求以后，把擋板撥回原位，依次關閉鍍膜材料、基片的加熱電源，等基片冷卻到室溫左右，關閉真空泵，開啟鐘罩，取出樣片進行測試。二實驗內容及步驟:29三注意事項1)預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換成電能．最受重視的是硅光電池，因為它有一系列優點：性能穩定，光譜范圍寬，頻率特性好，轉換效率高，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）擴散形成PN結成制作，生產技術成熟，是光伏市場上的主導產品。采用埋層電極、表面鈍化、強化陷光、密柵工藝、優化背電極及接觸電極等技術，光電轉換效率有較大提高。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結構。

2)硅光電池簡介343)光電池的工作原理-光生伏特效應

3)光電池的工作原理-光生伏特效應354)硅光電池的負載特性

4)硅光電池的負載特性36二實驗內容及步驟1)準備若干待測量硅光電池；2)打開模擬器的電源，打開氙燈和降溫風扇；3)把標準電池接入模擬器測試端，調節光強使得輸出達到AM1.5的標準測試條件；4)接入硅光電池，開始測量，并記錄測試結果。二實驗內容及步驟37三注意事項

1)開啟氙燈同時要打開降溫風扇；2)調節光強，使輸出達到合適條件。三注意事項38四思考題1)實驗中所用光源功率變大，光電池的哪些參數發生變化？2)硅光電池的輸出與入射光照射瞬間有沒有滯后現象？四思考題39實驗五太陽能電池窗口材料-ZnO的光學特性研究實驗五太陽能電池窗口材料-ZnO的光學特性研究40一實驗原理:1)氧化鋅:ZnO薄膜是一種光學透明薄膜，純ZnO及其摻雜薄膜具有優異光電性能，用途廣闊，而且原料易得、價格低廉、毒性小，是一種在高新技術領域及廣闊的民用領域極具發展潛力的薄膜材料。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，對促進廉價太陽電池的發展具有重要意義。一實驗原理:41優質的ZnO薄膜具有C軸擇優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構，晶格常數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軸結晶擇優取向決定了它具有良好的壓電常數與機電耦合系數，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，使其擁有更大的應用范圍。譬如通過摻雜或退火條件可形成ZnO簡單半導體，導電性能大幅提高，電阻率可降低到10-2Ωcm數量級。優質的ZnO薄膜具有C軸擇優取向生長的眾多晶粒，每個晶422)光譜吸收原理半導體材料通常能強烈地吸收光能。在光吸收過程中，具有一定能量的光子，將電子從低能態激發到高能態。電子從激發態回到基態并發射光子的過程，稱為復合躍遷。與躍遷過程相對應，在半導體的透射光譜和發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體中相應的能量狀態及其間的躍遷過程，這些躍遷過程包括帶—帶躍遷、激于躍遷、子帶間躍遷、和雜質中心有關的躍遷、自由載流子的帶內躍迂、晶格振動態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帶引起的強烈吸收區域，稱為基本吸收區，這是半導體光吸收過程中最為重要的一部分，其吸收系數可高達104－105cm-1。躍遷過程伴隨著非平衡裁流子的產生和光電導現象的出現。在這一吸收區的低能端，吸收系數很陡峭地下降，可以在10－102meV的能量范圖內下降3—4個數量級之多。2)光譜吸收原理43電子功能薄膜制備與測試課件443)ZnO薄膜的光學特性測試

高阻ZnO薄膜透光率與波長的關系3)ZnO薄膜的光學特性測試45低阻ZnO:Al薄膜透光率與波長的關系低阻ZnO:Al薄膜透光率與波長的關系464)磁控濺射法制備ZnO薄膜磁控濺射法是目前（尤其是國內）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、氣敏和透明導體用優質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濺射。若靶材是Zn，沉積過程中Zn與環境氣氛中的氧氣發生反應生成ZnO則是反應濺射；若靶材是ZnO陶瓷，沉積過程中無化學變化則為普通濺射法。4)磁控濺射法制備ZnO薄膜47二實驗內容及步驟:1)開機2)基片的清洗以及裝片3)磁控濺射制備高阻ZnO薄膜4)關機，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系7)使用組合測試儀測試ZnO薄膜的光學性質，分析薄膜透過譜，計算制備樣片的禁帶寬度。二實驗內容及步驟:48三思考題1)ZnO薄膜的光學性質和薄膜厚度有什么關系？2)ZnO的透過率不理想的原因是什么？三思考題49實驗六超導薄膜特性研究實驗六超導薄膜特性研究50一實驗原理:1)超導薄膜介紹：超導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）。由于零電阻特性，因而超導體可以輸送大電流不發熱，幾乎不損耗能量。超導體進入超導態，內部不再有剩余磁通，被稱為超導體的第二個特性--完全抗磁性，也就是邁斯納效應。可以簡化地用超導體內磁感應強度為零表示。超導薄膜材料是厚度小于1微米的超導材料。超導薄膜除幾何尺寸與塊狀超導體不同外，其結構和超導性質也有較大差別。對于塊狀超導體，磁場穿透層很薄，可以忽略不計，具有完全的抗磁性。但是超導薄膜的磁場穿透層與薄膜相比，就不能忽略不計。此外，當超導薄膜厚度很小時（小于10納米），它的超導臨界轉變溫度將下降。一實驗原理:512)超導的主要特性參數以及測量互感法測試超導轉變溫度原理圖(a)正常態的薄膜(b)超導態薄膜:2)超導的主要特性參數以及測量52二實驗內容及步驟:1)超導薄膜的制備2)臨界溫度Tc的測量：薄膜放入Tc測量設備中，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，出現零電阻時記錄相應溫度并保存。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。

為超導薄膜組成的藍寶石介質諧振器無載品質因數。利用兩個已知表面電阻的標準試樣來組裝諧振器，以此可以由測量得到的諧振器無載品質因素定出參數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準試樣組裝諧振器并測量品質因數，利用剛得到A值求出B。確定A和B后就可以由高溫超導薄膜組裝的諧振器無載品質因數求出超導薄膜的表面電阻值。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，如果出現橋斷裂或者過刻蝕應重新刻蝕，以免影響測試結果。三注意事項56四思考題:1)測量Tc時，如果R-T曲線不發生跳變，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:“低于一個標準大氣壓里的氣體狀態”。相對于大氣狀態，在真空狀態下氣體的新特點：1：氣體分子數目的減少，即氣體單位體積中所具有的分子數目的減少；2：伴隨著氣體分子數目的減少，分子之間、分子與器壁之間相互碰撞的次數逐漸減少；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物質的稀薄程度。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機械泵:機械泵:61擴散泵

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

二實驗內容及步驟:651.開啟設備電源，檢查放氣閥已經關閉。2.啟動機械泵，打開活塞使機械泵與真空室相連，當真空系統的壓強到1.3Pa以下時，接通油擴散泵的冷卻水，接通加熱電源，使擴散泵開始工作。3.測量壓強的工作要一直進行，要注意擴散泵加熱后壓強的變化。當溫差電偶真空計顯示的系統的壓強達到0.13Pa時，打開電離真空計電源，預熱10分鐘后，再使用電離真空計繼續進行測量。1.開啟設備電源，檢查放氣閥已經關閉。664.每隔30秒測量一下壓強值并記錄。5.結束實驗時，首先斷開電離真空計和復合真空計的總電源開關，然后斷開擴散泵的加熱電源，大約過20分鐘后，關閉真空泵與真空室相連閥門，最后切斷機械泵電源，真空系統內保持真空，并使機械泵的內部與外界大氣相通，同時關閉擴散泵的冷卻水。最后依次關閉各電源。4.每隔30秒測量一下壓強值并記錄。67三注意事項:1)對玻璃系統操作一定要輕緩，事先把步驟擬好，正確無誤方可進行實驗。2)開泵之前一定要關閉放氣閥，關泵之前一定要先關閉閥門，然后停泵并立即打開放氣閥。3)擴散泵開啟之前，一定要先使用前級機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散泵加熱？3)突然停電、斷水時應采取什么措施？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象，使處于等離子狀態下的離子轟擊靶表面，并利用環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，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，其構造是在封閉的容器內放置兩個平行的電極板，利用電子將中性原子和分子激發，當粒子由激發態(excitedstate)降回至基態(groundstate)時會以光的形式釋放出能量。2)輝光放電是濺射的基礎，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，不會持續放電，無法產生輝光放電效應，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電位，如此即可繼續濺鍍。射頻放電雖然可在5~30MHz頻率范圍內進行，實際上，通常工業用頻率為13.56MHz，主要是為了避免對通信的干擾，工作壓強可降到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，依次開啟冷卻循環水機、開機械泵、真空計，當真空小于10Pa時，開分子泵（“電源”和“啟動”），當真空在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→關高真空測量（開低真空測量）→檢查質量流量控制器流量應為最小（零位）和“關閉”狀態→開質量流量控制器電源→調節流量同時觀察低真空指示≥0.5Pa→直流源操作（RF源操作下述），將電壓電位器調到最小（逆時針）→開ON開關→增加電壓同時觀察電流指示到所需功率（VI）→鍍膜達到所需厚度時進行“關機操作”。RF源操作先選200W量程，調Ua電位器有指示，看pf?pr比例，要求pf：pr>5:1，調好200V→Ua電位器逆時針最小→開UT10分鐘→開Ua“ON”→調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→達到所需厚度時進行“關機操作”。3)磁控濺射操作：774)關機操作：關電源→將電源電位旋鈕逆時針最小（DC和RF類同）→關工作氣體（將質量流量計流量調到零位，同時將控制開關調到“關閉”位置）→關基片自動擋板→關基片片加熱控制→待基片溫度降到接近室溫可將基片從鍍膜室取出。4)關機操作：78三注意事項1)磁控靶在RF源工作狀態時，若功率到300W還不能正常工作（不起輝），可適當增加工作氣壓（不同靶材工作氣體壓強不同）。2)質量流量控制器操作前務必關閉高真空電離規測量。3)質量流量控制器“清洗狀態”，慎重使用，只有當該控制器嚴重污染導致“漏氣”時才使用。4)RF源工作時，“反射”功率要反復調節，才能達到最小。5)RF工作時，設備地線“質量”很關鍵，若接地電阻太大或有干擾，會導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”，否則會導致薄膜氧化影響質量。三注意事項79四思考題1)為什么通入氣體以前，必須關閉高真空電離規？2)實驗過程中出現不起輝的問題，怎樣處理？四思考題80實驗三電子束蒸發鍍膜實驗三電子束蒸發鍍膜81一實驗原理:1)真空蒸發是制備薄膜的一種常用工藝，在工業上應用較多。具體過程是：通常在真空度為10-4-10-5Torr的真空室內進行，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和升華，由固態變為氣態（原子、分子或原子團）；蒸發的氣態粒子通過基本上沒有碰撞的直線方式從蒸發源傳輸到基片上，并在基片上沉積成膜。導電材料、介質材料、磁性材料和半導體材料等，都可以通過真空蒸發工藝制備。一實驗原理:822)真空蒸發原理蒸發鍍膜要求從蒸發源出來的蒸汽分子或原子，到達被鍍膜基片的距離要小于鍍膜室內殘余氣體分子的平均自由程，這樣才能保證蒸發物的蒸汽分子能無碰撞地到達基片表面。氣體分子運動平均自由程公式：

2)真空蒸發原理83根據克拉貝龍方程，物質的蒸氣壓Pv是是溫度T的函數。對于質量為M的物質，其蒸發率可用下式表示：

根據克拉貝龍方程，物質的蒸氣壓Pv是是溫度T的函數。對843)電子束蒸發

3)電子束蒸發85二實驗內容及步驟: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)鍍膜材料的準備，安放在蒸發用坩堝內。3)蓋好鐘罩，抽真空，達到蒸發鍍膜的真空要求（10-4Pa左右）。4)開啟坩堝的加熱電源，烘烤樣片。5)預熔鍍膜材料。6)移開基片的擋板，設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)蒸膜厚度達到要求以后，把擋板撥回原位，依次關閉鍍膜材料、基片的加熱電源，等基片冷卻到室溫左右，關閉真空泵，開啟鐘罩，取出樣片進行測試。二實驗內容及步驟:86三注意事項1)預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換成電能．最受重視的是硅光電池，因為它有一系列優點：性能穩定，光譜范圍寬，頻率特性好，轉換效率高，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）擴散形成PN結成制作，生產技術成熟，是光伏市場上的主導產品。采用埋層電極、表面鈍化、強化陷光、密柵工藝、優化背電極及接觸電極等技術，光電轉換效率有較大提高。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結構。

2)硅光電池簡介913)光電池的工作原理-光生伏特效應

3)光電池的工作原理-光生伏特效應924)硅光電池的負載特性

4)硅光電池的負載特性93二實驗內容及步驟1)準備若干待測量硅光電池；2)打開模擬器的電源，打開氙燈和降溫風扇；3)把標準電池接入模擬器測試端，調節光強使得輸出達到AM1.5的標準測試條件；4)接入硅光電池，開始測量，并記錄測試結果。二實驗內容及步驟94三注意事項

1)開啟氙燈同時要打開降溫風扇；2)調節光強，使輸出達到合適條件。三注意事項95四思考題1)實驗中所用光源功率變大，光電池的哪些參數發生變化？2)硅光電池的輸出與入射光照射瞬間有沒有滯后現象？四思考題96實驗五太陽能電池窗口材料-ZnO的光學特性研究實驗五太陽能電池窗口材料-ZnO的光學特性研究97一實驗原理:1)氧化鋅:ZnO薄膜是一種光學透明薄膜，純ZnO及其摻雜薄膜具有優異光電性能，用途廣闊，而且原料易得、價格低廉、毒性小，是一種在高新技術領域及廣闊的民用領域極具發展潛力的薄膜材料。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，對促進廉價太陽電池的發展具有重要意義。一實驗原理:98優質的ZnO薄膜具有C軸擇優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構，晶格常數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軸結晶擇優取向決定了它具有良好的壓電常數與機電耦合系數，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，使其擁有更大的應用范圍。譬如通過摻雜或退火條件可形成ZnO簡單半導體，導電性能大幅提高，電阻率可降低到10-2Ωcm數量級。優質的ZnO薄膜具有C軸擇優取向生長的眾多晶粒，每個晶992)光譜吸收原理半導體材料通常能強烈地吸收光能。在光吸收過程中，具有一定能量的光子，將電子從低能態激發到高能態。電子從激發態回到基態并發射光子的過程，稱為復合躍遷。與躍遷過程相對應，在半導體的透射光譜和發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體中相應的能量狀態及其間的躍遷過程，這些躍遷過程包括帶—帶躍遷、激于躍遷、子帶間躍遷、和雜質中心有關的躍遷、自由載流子的帶內躍迂、晶格振動態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帶引起的強烈吸收區域，稱為基本吸收區，這是半導體光吸收過程中最為重要的一部分，其吸收系數可高達104－105cm-1。躍遷過程伴隨著非平衡裁流子的產生和光電導現象的出現。在這一吸收區的低能端，吸收系數很陡峭地下降，可以在10－102meV的能量范圖內下降3—4個數量級之多。2)光譜吸收原理100電子功能薄膜制備與測試課件1013)ZnO薄膜的光學特性測試

高阻ZnO薄膜透光率與波長的關系3)ZnO薄膜的光學特性測試102低阻ZnO:Al薄膜透光率與波長的關系低阻ZnO:Al薄膜透光率與波長的關系1034)磁控濺射法制備ZnO薄膜磁控濺射法是目前（尤其是國內）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、氣敏和透明導體用優質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濺射。若靶材是Zn，沉積過程中Zn與環境氣氛中的氧氣發生反應生成ZnO則是反應濺射；若靶材是ZnO陶瓷，沉積過程中無化學變化則為普通濺