【正文】 磁控濺射法制備CdS薄膜及性能表征 密 級公開學(xué) 號101554畢 業(yè) 設(shè) 計（論 文）磁控濺射法制備CdS薄膜及性能表征 院（系、部）： 材料科學(xué)與工程學(xué)院 姓 名： 于宇新 年 級： 2010 專 業(yè)： 材料科學(xué)與工程 指導(dǎo)教師： 曾冬梅 教師職稱： 講 師 2014年 月 日北京北 京 石 油 化 工 學(xué) 院畢 業(yè) 設(shè) 計 （論 文） 任 務(wù) 書學(xué)院（系、部）材料科學(xué)與工程學(xué)院 專業(yè)材料科學(xué)與工程 班級 材101學(xué)生姓名 于宇新 指導(dǎo)教師/職稱 曾冬梅/講師 （論文）題目磁控濺射法制備CdS薄膜及性能表征： 2014 年 2 月 16 日 至 2014 年 月 日（論文）的主要內(nèi)容與要求（含課題簡介、任務(wù)與要求、預(yù)期培養(yǎng)目標(biāo)、原始數(shù)據(jù)及應(yīng)提交的成果）硫化鎘(英文caudmim sulfide)分子式CdS，是一種N型光電導(dǎo)半導(dǎo)體材料。屬ⅡⅥ族化合物半導(dǎo)體，非常適合作為異質(zhì)結(jié)薄膜太陽能電池的窗口材料。同時由于CdS薄膜易于制作、成本低廉，使其成為太陽能電池研究中的熱點。硫化鎘（CdS）因其具有較深的價帶能級和一些特殊的電化學(xué)性能，因此被廣泛應(yīng)用于光催化太陽能電池窗口層材料。制備CdS薄膜的方法很多，如真空蒸發(fā)法、磁控濺射法、化學(xué)水浴法（CBD法）、噴涂熱解法、電沉積法、絲網(wǎng)印刷法、MOCVD法、Solgel法等。磁控濺射可以被認(rèn)為是鍍膜技術(shù)中最突出的成就之一。它以濺射率高、基片溫升低、膜基結(jié)合力好、裝置性能穩(wěn)定、操作控制方便等優(yōu)點,成為鍍膜工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域(特別是建筑鍍膜玻璃、透明導(dǎo)電膜玻璃、柔性基材卷繞鍍等對大面積的均勻性有特別苛刻要求的連續(xù)鍍膜場合)的首選方案。通過本課題的研究，培養(yǎng)學(xué)生查找、收集文獻(xiàn)資料的能力，了解如何進行文獻(xiàn)調(diào)研，并學(xué)會總結(jié)、概括，完成文獻(xiàn)綜述的撰寫。提高學(xué)生科技論文閱讀和翻譯的能力，準(zhǔn)確翻譯一篇外文文獻(xiàn)；鍛煉學(xué)生的動手能力，學(xué)會操作和使用實驗儀器設(shè)備；使學(xué)生了解材料相結(jié)構(gòu)、組織形貌、光電性能的檢測原理，掌握基礎(chǔ)的分析檢測技術(shù)；培養(yǎng)學(xué)生利用計算機繪圖、處理數(shù)據(jù)的能力，對相應(yīng)的實驗數(shù)據(jù)進行處理；培養(yǎng)學(xué)生獨立分析問題和解決問題的能力。預(yù)期培養(yǎng)目標(biāo)：通過畢業(yè)設(shè)計的訓(xùn)練，使同學(xué)掌握科學(xué)研究的思路和方法，為以后從事材料科學(xué)研究工作打下基礎(chǔ)；為太陽能電池的光學(xué)性能優(yōu)化和理論研究做好準(zhǔn)備。 最終提交材料：文獻(xiàn)綜述、文獻(xiàn)翻譯及原文、畢業(yè)論文。[1]Moualkia H,Hariech S,Aida M Solid Films,2009,518:1259.[2]俞秋蒙. 薄膜太陽能電池窗口層材料的應(yīng)用與發(fā)展[J].科技致富向?qū)В?011年，12期：1548[3]常笑薇. CdS薄膜及其太陽能電池的制備和性質(zhì)研究[D]：[碩士學(xué)位論文].北京交通大學(xué)，2006年[4]趙嘉學(xué)，[J].真空，2004年，41卷（04期）：7479 [10]董騏，[J].真空科學(xué)與技術(shù)，1996年，16卷（01期）:5157[5]黎兵，蔡亞平，朱居木等人．CdS多晶薄膜的制備及其性能的研究．四川大學(xué)學(xué)報．1999．36(3)．497—500[6]J．N．XimelloQuiebras，G．ContrerasPtmnte，J．AguilarHemandez,et a1．Physical properties of chemical bath deposited CdS thinfilms．Sol矗EnergyMaterialsamp。Solar Cells．2004．82(12)．263268[7] 徐萬勁. 磁控濺射技術(shù)進展及應(yīng)用(上) [J]. 現(xiàn)代儀器, 2005, (5):15.(1) － 中英文文獻(xiàn)查找、搜集(2) － 翻譯英文文獻(xiàn)，撰寫開題報告，開題答辯(3) － 工藝摸索、樣品制備(4) － 用紫外－可見分光光度計測量薄膜透光率，用XRD對薄膜的結(jié)構(gòu)進行分析，用原子力顯微鏡對薄膜形貌進行分析。(5) － 對實驗數(shù)據(jù)進行分析處理(6) － 整理實驗結(jié)果完成論文(7) － 修改論文、評閱、答辯任務(wù)書審定日期 年 月 日 系（教研室）主任（簽字） 任務(wù)書批準(zhǔn)日期 年 月 日 教學(xué)院（系、部）院長（簽字） 任務(wù)書下達(dá)日期 年 月 日 指導(dǎo)教師（簽字） 計劃完成任務(wù)日期 年 月 日 學(xué)生（簽字） 摘 要硫化鎘，分子式CdS，是一種N型光電導(dǎo)半導(dǎo)體材料。CdS是一種非常重要的ⅡⅥ族化合物半導(dǎo)體。使用X射線衍射儀、原子力顯微鏡，紫外可見分光光度計對CdS薄膜的晶體結(jié)構(gòu)、表面形貌、光學(xué)性能進行了分析測試。重點討論了濺射功率、濺射時間、襯底溫度、實驗氣壓、靶材到襯底距離等不同工藝參數(shù)對CdS薄膜的光透過性能、晶體結(jié)構(gòu)及其表面形貌的影響。實驗說明：硫化鎘薄膜的光學(xué)性能、表面形貌主要與薄膜厚度、晶體結(jié)構(gòu)和晶粒大小有關(guān)。薄膜越厚，硫化鎘的光學(xué)透過率越低，禁帶寬度越??；晶粒越大，薄膜表面粗糙度越大。關(guān)鍵詞：硫化鎘，磁控濺射，晶體結(jié)構(gòu)，表面形貌，光學(xué)性能AbstractCadmium sulfide, Molecular formula is CdS, It’s a kind of N type photoconductive semiconductor materials. CdS is a very important material as a IIIV pound semiconductor，the bandgap energy of CdS is . Using the Xray diffraction, atomic force microscopy and uvvis spectrophotometer detection the crystal structure, surface morphology and optical properties of the CdS. Discuss the different process parameters like the sputtering power, sputtering time, substrate temperature, pressure, the distance of target material and substrate, the influence for CdS film by light through the performance, The crystal structure and surface morphology.The experiment shows that：the Cadmium sulphide thin film’s Optical properties and surface morphology related to the film thickness, crystal structure and grain size. It found that the optical transmittance of cadmium sulfide and the forbidden band width decrease with increase in the film thickness. the thin film surface roughness decrease with increase in the grain.Keywords: Cadmium，sulfide,magnetron，sputtering,crystal，structure,surface morphology，optical properties目 錄第一章 前 言 1 選題背景 1 研究意義 1 CdS材料簡介 2 CdS薄膜的制備方法 3 3 3 4 4 CdS的應(yīng)用 5 5 6 7 8第二章 薄膜的制備與表征 9 實驗試劑與儀器 9 CdS薄膜的制備 9 基片的預(yù)處理 10 磁控濺射材料 10 10 11 CdS薄膜的表征 12 X射線衍射儀（XRD） 12 13（AFM） 14第三章 結(jié)果與討論 15 15 19 23 26 30第四章 結(jié)論 35參考文獻(xiàn) 36致 謝 38聲 明 39VII第一章 前 言煤、石油和天然氣等傳統(tǒng)非再生能源在我們的生活中起到了非常大的作用，但由于這些能源儲量有限，還會帶來環(huán)境問題，使得人們越來越關(guān)注新能源的開發(fā)和利用。越來越多的國家開始實行“陽光計劃”，開發(fā)太陽能資源，尋求經(jīng)濟發(fā)展的新動力。目前,如何尋求新材料、新結(jié)構(gòu)來改善太陽電池的光伏性能參數(shù)是困擾光伏工作者的最大難題之一。硫化鎘/碲化鎘薄膜電池的效率較非晶硅薄膜太陽能電池效率高，成本較單晶硅電池低，并且也易于大規(guī)模生產(chǎn)。硫化鎘（CdS）作為一種n型半導(dǎo)體材料，非常適合作為異質(zhì)結(jié)薄膜太陽能電池的窗口材料[1]。同時由于CdS薄膜易于制作、成本低廉，使其成為太陽能電池研究中的熱點。通過改善CdS窗口層材料的光學(xué)、電學(xué)性能可以提高太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率。 研究意義窗口層材料對太陽能電池影響是非常大的，它直接影響光電轉(zhuǎn)換效率。一般窗口層起到同電池本體層形成pn結(jié)內(nèi)電場的作用，由于窗口層是表面層，因此窗口層要盡量避免吸收光產(chǎn)生載流子，因此窗口層普遍采用禁帶寬度大的材料制成，盡量不吸收光。以至于可以盡量增加太陽能電池的光吸收率，提高光電轉(zhuǎn)換率。硫化鎘（CdS）因其具有較深的價帶能級和一些特殊的電化學(xué)性能，因此被廣泛應(yīng)用于光催化太陽能電池窗口層材料[2]。傳統(tǒng)上, 商用化的CdTe太陽電池采用化學(xué)水浴( CBD) 法制作CdS窗口層, CdTe光吸收層采用近空間升華( CSS) 法制備, 干濕結(jié)合工藝使電池制作工序較為繁雜。所以業(yè)界希望推進全干工藝制作C