1、北京工业大学硕士学位论文超声雾化热解法制备ZnO薄膜结构及其性能研究姓名：陈健申请学位级别：硕士专业：材料学指导教师：朱满康20040501摘要氧化镩是一种多闵途的族宽蔡带半导体材料。传统上，薄膜被广泛应用予太阳能电池、声表面波器牛、压敏器件、逶明导电电极等领域。近颦来，露为鼹禁带半导侮零孝辩懿硪究麓寒莲受至入翻约重视。秘耨范，薄膜具脊生长温度低，激子复合能镪（：，：），有可能安现室温下较强的紫外受激发射，制各出性能较好的探测器、发光二极管和激光二极警等光墩子器箨。瓣辐翦波长其有魄翡蓝光发葑嚣矮，对增热巍记录密度具肖熏要意义。目前，有关氧化锌的研究集中在氧化锌的紫外光发射和可见光发光槐制方藤。
2、对予可见光发光机镥嵋前尚炙统一认识。本文综述了薄膜静各韩垒长技术及其簸理，莠穰括了薄貘耢究的最新进展。利用自制的超声雾化热解沉积技术生长了具有轴择优取向的多品薄膜，并利用射线衍射仪卿）、扫描峨子最微镜（）、原子力鼹微镜（）、紫乡一霹觅必光谱铰）、荧竞竞谱仪（）等测试手段，对薄膜的结构和憾能进行表镪。研究了各誊长条件，皴前驱物溶液浓发、衬底温度、沉积时间、邋火处理和掺杂浓度对薄膜结秘釉往麓煞影璃。实验甓采袭鞠，蓠驱麓浓度增热有耱予铡备辘取向生长的薄膜：时，沉积出黼质量轴择优取向的薄膜，在氧气气氛下退火温度为时，得到的游膜结晶性较好；而且，掺杂浓度增加誉测予薄貘豹取淘生长。受激发射巍激发先结粟袭疆
3、，样品在退火辩紫外发射最强，同时观察到强度较弱的可见光发光带。实验迸发现，退火气氛可明显改变的本缀澜缺陷发光，可见发光枧镱探讨中，蘸绿发光的主鬟悬由氧空位域锌填踩等缺麓弓起静。关键诩薄膜；超声雾化热瓣；受激发射；光致发光，（），；二腧，；（，姗，独创性声明本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研突残票。尽我瘊甄，除了文孛特鬟翱良菰注农数游的遗方终，论文中不毯禽萁也人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京工业大学或其它教阿机构的学位或证书而使用过的材料。与貔一同工作的同志对本研究所做的任何擞献均己在论文中馋了明确魏说臻并表零了落蠢。签名：盐鱼网期关子论文使用授权的
4、说聪本人完全了解北京工业大学稍关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留送交论文的复印传，允许论文被查阅和借瓣：学校可以公布论文的全部或部分内容，可鼓采霜影印、缩窜或蕊氇复翻手毅保存论文。（保密的论文在解密后应遵守此规定）签名：陵垒导师然名；雏溢筮日期：型竺！圣第章绪论研究背景信患时代的需求第章绪论信患时代的今天，由于电子信息产监静迅猛发展，使材、辩幸亍监等支柱产、韭逐渐向离、精、尖方囱发展。随着藏绿光发光二极管、激光嚣蒋短波光电予嚣僭逐渐表现出巨大的潜在廒用前景，宽带半导体材料的研究越来越受到人们的熏视，其中以系列车葶料的研究最为成功。目前，蓝绿光已经实现巍业他，年，公镯利用研制的蓝光连续
5、工俸的毒禽已超过小时。基短波电予器件的产业化的同时，作为一种新型的直接宽带隙（）多功能半学体材料越来越受到人们黪黧援，秘其有相莲的聂格特性署珏光电性能，和相琵较，具礴惩高的熔点和激子束缚能，并且具有更好的低温成膜特性。优质的薄膜半导体材料具宵禁带宽度大、光透过率盔、低赍电常数、离捉电撰会系数、温度稳定性好及其稳优舅毂光邀、压电特性等优点，再加上原料丰富易得、价格低骧，多年来在透明电极、太阳能电池、发光器件、紫外光探测器、压电转换、非线性光学器件、声表面波（）器件及集成光掌等诸多颁城傣受毒隙，技誉为发展裁爨卡分广涸夔第三代半导髂檬粒【”，己成为电子材料与器件研究领域的热点。因此薄膜成为目前最熟有
6、开发潜力的薄膜材料之一。本豢楚要套绥了懿暴体缝构、耱鹋姆蠖、痊蘑秘铡器技术：荠麓鬟奔绍本文的研究嗣的和主要内容。薄膜的基本物性的晶体络构鑫嚣霾予六穷螽系点嚣，是一秘辍洼半导誊，其有六煮纾镑矿墅（）晶格结构，如图所示。纤锌矿结构的晶格常数忙是：托赢王簸太学王掌醺学整论文铲，。程纾锌矿菇体中，镣（）、辍（）嚣 趣组成一个六方密潍结构的子格予，这掰个子格予沿轴平移，形成复格子结稳，每令蕊舔予轻最近邻鼹霞个琢予稳黢令露嚣薅缝搴哿；蓠样，每个原予秘锻近邻豹四个暇子搬构成一个四面体缱构。不过，缚个离子周围都不是严格四藤体对称的，禚辘方向上，原予与原予之间的题离为，在其它三个方麓上秀，辍方蠢鹃最近舔原子润熬
7、阖锺簧魄与葜它三个原子之间的间距稍微小一嫂口】。因此晶体是种极性半导体。辘鬻辩蒜髂旗籀遥簿麟的材料特性是一耱磁羧宽禁带纛接睾器俸耪料，室滋下禁蒂窕发凳，属型氧化物半鼯锩。熬事拳豹物理及光旗特性如裘，所示。薄膜是透明麴导电薄聪，在可见光波故灏滠内豹透射率可达以上，能在低激融电愿下工作，具备较低静藏气率零琵好的导魄（霉热）牲栽；鹣激予结合憨高运（：），即使磁嫩温下。激予仍在光学性质中起重要作用，使其在与激子稳关麓必魄嚣锌褒露中侠子秘辩：在辍方巍其帮健整弱匿毫特经；是耱鲁激活体靛兜稀糕，髂煮高，爨一种嚣鬻稳定静飘亿秘。汐，还其裔搬好的成膜特性，可以农低于的衬底温庹下生长，较、鞫冀它疑族塞禁鼯攀导咎嚣
8、料熬测鍪温瘦羝褥多，有利予降低设餐成本，抑制图襁扩散，提高半导体薄媵静震爨，医雨露示溺楚婷静发蔗簿荣。第章绪论表的物理及光电特性晶格类型纤锌矿晶格常数（）四面体离子半径比禁带宽度（）禁带宽度温度系数（）。折射率（平均值）光电响应峰值波长（）介电常数导热率（）（）热膨胀系数（）密度（）溶解度（水）（）微溶于酸碱氯化铵熔点（）（）硬度（莫氏）电子亲和能（）导电类型型薄膜的优异性质分述如下：（）薄膜的光电性质是一种宽禁带的型半导体材料，具有优良的光电性质。其光电性质与化学组成、能带结构、氧空位数量及结晶程度密切相关。本征薄膜的电阻率高于，改变生长、掺杂或退火条件，可形成简并半导体，导电性能大幅提高，
9、使薄膜表现出很好的低阻特征。等人【利用化学喷雾沉积法在沉积温度为及真空煅烧的条件下，制得厚度为的未掺杂薄膜的电阻率仅为，而等人以法制备的厚度为的掺等杂质的薄膜，其电阻率也仅为。【。 是纤锌矿结构，室温下禁带宽度高达，电子由导带到价带的跃迁引起的辐射波长都在以下，处在紫外光波段。激子自由能为，如此北京工业大学工学硕士学位论文高的激子束缚能使得室温下激子不易被热激发，从而大大提高了材料的激发发射机制，降低了室温下的激射阈值。研究表明，定向透明的薄膜阻及灿、等掺杂的薄膜具有优异的光电性质。年香港科技大学和日本研究者利用分子束外延技术，在蓝宝石衬底上生长出具有六方柱状微结构的氧化锌薄膜，并观察到室温下
10、用光脉冲激发时产生附近的近紫外受激发射。等人利用激光脉冲沉积法在蓝宝石基片上制得的薄膜具有绿黄色光发光性质。研究表明，薄膜的紫外光发光强度随结晶度的增加而增加，当沉积的基片温度为。氧分压为时，制得高质量的薄膜，能发射强的紫外光【。而且，与、形成合金，可通过调节、组分得到可调的带隙，覆盖从红光到紫外光的宽谱范围。等人在薄膜中掺入适量的，使其禁带宽度显著增大，达钔。这种薄膜具有较高的光透过率，在可见光区，光透过率接近。而且，在紫外光的照射下，薄膜对可见光的透过率基本保持不变，具有良好的耐幅照性能【。（）薄膜的压电性质高密度、定向生长的薄膜具有良好的压电性质，如高机电耦合系数和低介电常数。等人的研究
11、表明，利用射频磁控溅射法在。的基片上沉积的轴择优取向的薄膜具有很好的压电性，其在附近的高频区表现出很好的压电转换效应及低嵌入损耗（）等特征，是制备高频纤维声光器件如声光调制器等压电转换器材料【】。晶体的压电性能如表所示。（）薄膜的压敏和气敏性质薄膜的压敏性质主要表现在非线性伏安特性上。压敏材料受外加压力作用时，存在一个阈值电压，即压敏电压。当外加电压高于该值时即进入击穿区，此时电压的微小变化会引起电流的迅速增大，变化幅度由非线性系数（叻来表征。这一特征使压敏材料在各种电路的过流保护方面已得到了广泛的应用。贾瑞等【】利用喷雾热分解法制备了、掺杂的薄膜，膜厚为，压敏电压为，非线性系数（旺）值为。薄
12、膜还是一种气敏材料，掺杂某些元素之后对有害气体、可燃性气体、有机蒸汽等具有很好的敏感性，可制成各种气敏传感器】。表晶体的压电性能龉， 蠹愚密度 蚝砖，（烈）（）（）晶体 寒，。薄瓒的应用，。寒鞭藐毫适薄膜尤葵怒（）：薄膜，是极好躲透弱电檄耪黼，其眷槐异的透明导电性能。程可见光波长范匿内的遴射率可达以上，可与（：）骥秘魄。褥置稳辩貘，骥，秃毒羧，徐瘫曩褥，稳定性高特别是在氢镩离予体中），正逐步成为薄膜的替代材料，在显示器和太戮链电溅等领域缮至应丽。薄簇主要爨箨为透露毫辍黎密强瓣搴霉耀予太鬻笺魄涎，受爨商魏粒子辐射损伤较小，鞠疆爝剐适合于太空中使蠲朝。等人利用扩藤热等离子束技术制得：薄膜（，用于嚣
13、定形非晶硅太阳能电漶，英效率为。嗒。瓣氢等蔫孑处理熬：薄貘氇露终为太闳藐恕滩翡露习搴孝瓣，效率霹逡嘣辩。嚣楚一耱瑗怒靛短波长菠怒器箨秘籽，遥避与麓、篷袋懿混蠡薄膜能够得到可调的带隙（）蚓，覆盖了从红光到紫光的光谱范围，有望开发出紫外、绿巍、濂您等多静茂兜器律，而爨是巍接带陈半导俸，髓阻蒂霹童按跃乏豹方式获褥凑效率豹辐射复会。每，鏊零辩举袋零集溪黪等入用做成，紫外辐射燎为，阂使电压约为，强量子效率酽【。等人利用技术柱下制祷：薄膜，簿予霄税发光稷管（），在瓤滚强发下溺褥卦爨予效率为，大大撬蹇了瓣俘毪栽【嘲。紫步探测瓣 裁翔翡宽蘩带帮褰竞电鼯特毪，哥制撵紫癸霖测器。旱精懿辑突袭疆，的瞬杰光电导包括快
14、速和慢遴两个过程：墩子一空穴对的产生过程及裁吸收北京工啦大学工学预士学能论文和光解吸过程。对玻璃衬底上沉积的薄膜的研究表明，厝者起主要作用。等久稳楚溅瓣的薄貘镧痒窭上舞瓣闰帮下簿辩润分嗣为萃羹的光探测器。等人利用生长的薄膜制作出上升时间和下降时间分别为址和的的紫外光探测器，大大提离了器件的质量【】。，。帮表覆渡器髂薄膜作为一羊巾压电材料，像以其所具有较高的机电耦含系数和低介电常数，使其在超声换能器、偏转器、频谱分析器、高频滤波器、高速光开关及簸氍械土膏稳当广泛翡霜途。这魏器舞在大存潦、高速率光绎通信瓣渡分笈瘸、光纤相能调制、反雷达动态测频、电子侦听、卫凝移动通信、并行光信息处理等民用及军事领域
15、的应用也非常广泛。随着通信技术的通信频率向高频发展，在高于静频率范溺内，其有低掇耗匏裹频滤滚器成为移韵遵信系统静簸关键部件之一。而薄膜是制作这种高频表面声波器件的首选材料【”。目前，日本村田公司己在蓝宝舔树底上外延薄膜制乍出低损耗的的射频滤波器，器蘸疆在研究舞发豹产品。此外，薄膜逐被广泛地用于制作压敏器件、气敏传感器、红外和紫外的阻挡层等。薄膜以其性能多样、应用广泛和价格低廉等突如优势，又因其制备方法多样、工艺相对篱单、易予掺杂改往与撩兼容，有聱于现代光泡器件的集成化，代表着现代材料的发展方向，是一种襁高新技术领域及广阔的民用和军事领域极其发展潜力的薄膜专孝摩毒。薄膜的制备方法薄簇豹毒餐工艺菲
16、零藏熬，铡冬方法多耱多稃，篷臻溅瓣（），化学气棚沉积（），脉冲激光淀积（），溶胶凝胶法（），超声雾化热解沉积（）等。，溅射法溅射法是利用荷熊离子轰击靶材时的溅射效应沉积薄膜的物理方法。溅射法具有制铸薄膜附着性好、结构致密屈纯度高、结晶性好、重复性好、应用范围广等饶点。强蓑是裂螽薄貘最耱逮静方法，魏法逶震予各耱压邀、气镀积透明导体用优质薄膜的制备，在单晶、非晶衬底上都可以制备高度轴取向篇章籀论的薄膜。据文献，记裁，人们用此方法制备的薄膜，观测到了薄貘蘸。绿巍、红竞及紫努竞发射熬瑗象；化学气相沉积法记学气辐沉积法，筒稼（）技拳，跫把食裔构袋薄膜元素的一种或，神化食物的单质气体供给基片，幂用加热、等
17、离子体、紫外光锌能源，借助气糯作丽藏在基片液面韵化学反蹴艇成要求的薄膜。此法飘有沉积邃率衰、大囊积戏膜、薄膜均匀旦致密，结鑫幢好等臻点，主要缺点是反盛温威太高。等人利用法，通邋掺杂获得了高阻（）薄膜。等夫灞法奁蘩宝磊祷底上剿餐了寰溪量熬薄膜，并利用艺研制出中心频率为的滤波器【。，。激畿踩蹿滚赣法法是一种新型的薄膜制备技术。獒圄贝尔实验堂予零用法成功鲍流积密麓温超罨滓膜一系超导薄貘，裔就以薅，技术得到了迅速发展，成为一穆璧要的瓣膜制各技术。年，等人黄先逃行了用法制备薄膜的尝试，初步讨论了激光波长、衬底漱度、激光能量梅度等鳓素对薄膜鼹体矮量匏影饕。等报道愿皴滩激光沆鬏鲍方法在蕊寰石（）蘑裁餐了蓐度
18、豹为的薄膜。通过改变真空室飘压的犬小，研究薄膜的光致发炎褥牲，莠奁避攥溪劐，样品茨麓熬紫步毙船）戳及荚一绿光（）趣强度都随氧分压的增加而增大【。溶黢凝藏法溶胶擞胶法以隰态的醋酸锌为原料，般入溶刹配巷成遗瞻的溜胶，使甄化物经液相沉税出来，在较低的温度下赢接制成涂层，并退火褥到多晶结构，怒一种掰靛边缘技术。它驰会残瀑度较低（终），材糕趣匀性好，嚣需真空设墨，因而大幅廉降低了成本，简化了工艺，且易于控制薄膜组分，生成的薄膜对衬底酶簿羞力强。另外踅法逐霹在努予拳乎撩键掺杂，笼其逶台予铡蠢掺杂承乎要求精确的薄膜，与及溅射法相比，肖望提高生产效率，已受到电子材料行挝翡重秘。越簿雾化热解法超声雾化熟解法，又
19、称超声雾化化学汽相沉税技术，怒出制备太阳能电池用托京工敢犬学工学硕士学位论文透明电极而发展起来的一种方法。由于用溅射法制备大面积电极易损伤衬底，故越声雾像热解菝拳霉激发震。梵法涎霉蔫囊空设蘩，函焉工慧麓单、经济鞑。就法一般以溶解在醇类中的醋酸锌为前体，可获得电学性能极好的薄膜。本实验中我们利用该法来制铸薄膜并研究其结构和性能。研究目的（）摸索成膜工艺，劳且制冬襄枣轴取起豢长的六方纾镑矿结构的；（）傥傀沉积工艺参数和热处理工艺，制备掇透过率高的薄膜，实现受激紫外发光。豢文的磺究内容本文主要开展了以下几方面的研究工作：（）借鉴国蠹努钓有关资辩，蔽诗荠麓终越声雾往燕瓣实验装置；（）采用超声雾化热解法
20、在单晶硅（）和稍蒺玻璃衬底上制备了薄膜并研究工艺参数、后热处理工艺、掺杂对薄膜结构、沉积速率、成分的影噙（）利用紫外分光光度计和荧光光谱仪，分析并讨论工裁参数和热处理工艺对薄膜光学性熊和发光特性的影响。第章超声嚣化热解靛置的设计及原理第章超声雾化热解装詈的设计及艨理号言近年来，天稻对薄貘搴砉料产垒了越来越浓霉静兴趣，函澎蚤毒孛裁备技术应运而生并得以不断改进。就备种制备技术所用仪器的复杂性，所需成本和沉积的质量箍言，这些技术售有和辩。有关研究体现了完善薄膜往能、降低反应溢度、提高控制精度、简化甫各成本和适成集成化姆趋势。超声雾化热解法是近年来发展起来的新技术，并且在薄膜制备方灏取得了相当大的进展
21、，大量国内外文献作了多方蟊的报道。该技术设餐筵单经滂，无须真空条件，囊基能获缮离震量的薄膜，其表面均匀且更易精确地控制膜朦的厚度。它能在不同性质的衬底（玻璃、硅、露英、熬塞五、露攘嚣、磊受、衾震或会衾）上滠狡薄簇，特嗣逡躅予制作大面积和异型结构的透明导电薄膜。因此，国外已开始将该技术用于制作高震溪的薄膜麓研铡与探索。我们在参照国内外超声雾化法化学气相沉积薄膜技术发展的辏础上，结合本实验的设计思想，建立了一套超声雾化熟解沉积薄膜的实验装置。本章主磊阐述了，超声嚣化热孵技术制锯薄膜鲍发展现状，超声嚣化热解装置的系统结构和原理，最后简瑟地介绍了本实验所采用的表征手段。超声雾化热解技术的简介超声雾化热
22、解技术的发展史这项技术最早于年由发明，最初被称为“喷射热解技术”，用于裁釜透明拳导体裁豫魏薄貘（，莓），嚣为这项技术最楗簸是为灌是鑫益增长的电子（遴明电极）或光学应用（红外线反射器，防雾热电阻）的沉积或太闱襞转换蠢设计熬。翠赣静雾纯熟解技术只怒通过气流使溶液雾乞，存在许多弊端：如雾化效率低，雾化颗粒尺寸难以控制，沉积速率慢，膜的表面均匀性麓等。为了提高雾纯系统的效率，获的雾滴尺寸均匀的气溶胶，相关人员做了大爨的工作。年，法国研究巾心的研究组将超声技。嚣索工韭丈学工学鹾学位论文术应用到雾化系统中，申请专利名为“商温溶胶技术”。之盾的十几年照和等人先艨对雾化系统进行了改进，缩小了雾化颓粒的尺寸及分
23、帮范围，援菇了雾纯效率帮沉积速率，篌这释传统豹技术褥到了黧广泛斡应霹。尤其是税商质量透明半导体氧化物薄膜领域取得了显著成就。年后，与德国研究黧合作，共同野发超声雾化热鳃技术在器领域进一步笈袋静的露壤，并于年制备窭戆等薄膜。在浚匿、嚣本和其他一些地方，超声雾化热解技术的几项工业应用融被认为专利。例如，在，公司生产涂褥透明薄膜得透镜和玻璃原料，作为专利应用已鸯多年强。餐怒最棒豹例予来叁一家弱零公司的研究孝咒构，移动瑟炉子可在玻璃片上连续沉积出面积为的膜，应用于平板显示器。超声雾化热勰技术在喷射钵澎成规制中露明显的优势。这静技术的创毅性和优势程于弓入了超声技术，使褥雾滴尺寸稳匈，大大提裔了沉积速率。
24、醚翦，超声雾化热解技术已被广泛应用予各种材料的薄膜沉积，如：金属、硫化物、氧化物、磁性材料等。农由雾化热锵技术所获褥的其德材料的薄膜中，太阳能电翘和压电搬动传感嚣中的氧佬锌蘑懋俊褥注意豹。超声雾化热解技术沉积薄膜的研究现状年，等人利用超声雾化热解技术，以管式炉作为热解反应装置，以醋酸锌溶液为前驱物，在的衬底温度下，制备出了离轴择优取巍瓣薅袋粥。冬，埯入霉一次擐索势磺究了窳蒸汽建的衬底温度下沉积的薄膜性质的影响，并发现遐火后，样品的轴取向增强，薄膜的缩晶性提高，薄膜的电阻率增加，高达。年，簿考虑到雾滚豹重力终耀，侥佳了爱瘟爨夔足瓷形状，扶嚣莛提毫了雾滴熬可选择性，使较大的雾滴无法携带到反应室中，
25、大大提高了薄膜的透明傲和均匀性，而甩获得了高轴取向的薄膜吲。和的研究表明，溶液浓度为、石葵褥底温度秀、硅瓣滤滋凄尧舞，茨稷效莱最辩。在经过。邋火处理后，袭面平整度及结晶度都变好，可用于制作传感器，爝这种方法逐可以在石英村底上得到接邋化学计量比的膜，】。年，研究了趱声雾纯熬躺法蠲备游簇静沉积避程，讨论了滚液纯学盔藏及第章超声爨化热解装置的设计殷原理性质与膜生长速率和形貌之间的相互关系【。文献表明，雾化热解沉积技术有许多澜题嚣遂一步磅究，惫捺：（）沉积条锌（瀑黢、蓑驱镌纯学绣戚、溶裁、爱应察的几何形状和气流量）与膜参量（形貌、物理性能）的相互关系：（雾化燕解沉积童程理论模季羹帮分桥；（）不同缀分傣
26、系与薄羰沉积工艺参量的关系。许多研究者采用雾化热解法沉积高质嫩薄膜的同时，还对薄膜的擞掺杂进行了深入研究，初步实现了薄膜的导电类型由型向型的转变。舅藏，人】已磅剑如掺杂不同元素靛薄膜，年，秘等人用霹化热解技术制备出：薄膜，并研究对比了掺杂和未掺杂的发光性能【】。每，等夫瘸雾纯热勰法铡器出多鑫薄貘，莠发褒紫努、绿光和黄光谱带的发光【】。年，等人使用雾化热解技术制餐：薄膜，灏褥其电辍率为五，弗艇研究了基冀溢发帮蓠驱耪溶液的酸毪对薄膜物理性质的影响，对薄膜进行掺杂，不仅改瞢其电学及光学性能，而且保证了薄膜的稳定性。等研究者用雾化热解技术制备出：透明导电薄膜（）。等人将乙酸锌溶鳃在：体积配比的酒精水溶
27、液中，制得：薄膜。研究表明，掺锱和铟的薄膜，实现了膜的燮掺杂，獒瞧阻攀低予矗，嚣透过攀达榭。嚣戴，雾佬热解法澍各懿薄膜有可能用于电学和光学领域。超声雾往裁螯游膜豹庭耀蓠豢农藿痰羹逐渐褥到了重橇，溺江大学硅材料国家黧点实验室利用该技术制备出和异腰结和并研究其光电性能。僵是，雾化熟解技术铜备薄膜，函内豹报道尚不多觅。，超声雾化热解技术视理超声雾化杌理超声波是频率范雷在分的机械波，波速一般约为，波长为。超声波的波长远大于分子的尺寸，说明超声波本身不能窿接对分子产生作用，磁是通过对分子周围环境的物理、化学作用而影响分子，即通过怒声空纯黢量来热速窝控露纯学发应，掇寒反应速率，弓发耨的化学反瘦。赝疆越声空
28、化作用，是指存在于液体中的微小气泡（空化核），在声场作用下振动、北京工业大学工学硕士学位论文生长扩大耨收缩、精渍鹳鞠力学遗程。当超声波佟焉于滚俸辩，液体中徽气泡迅速成核、艇长、振动，当声压力熙够大时，气泡铵猛烈崩溃。气泡崩溃时产生高速的微射流、冲蠢波，同时在极短的时间内，在窝化泡周围的极小空闻内产生高这以上的麓温和的高压，这些构成了物质进行化学和物理变化的特殊环境。超声波可以产生很多颗粒细小的雾滴，雾化数量和雾滴直径与声强和波髂熬某些耪理瞧矮存在一定戆荧系，热蒸汽压，糙性积表委张力等。联论分拆袭明，雾滴颗粒半径与液体表面的毛绷波长之间的关系，见公式（。）】：（蔓：冬笋）（搿为常数）（一） 式孛
29、：辞一选铡攀数，拶液体载表露张力，夕渡钵密度超声波的频率，毛细波长厶一（苎二警）们由上式可见，由于越声波频率一般程兆赫级，远高予箕它雾化方法，因诧，其雾化熬颗粒直经缨卅、，半径易予控制，保证了抗积薄膜的均匀性，提赢了薄膜质量。当雾往东静魅经，簇睾麸至不等辩，最可戆鹃雾化颗粒半经在之间。因为多数情况下频率为，所以半径大约为微米。在怒声动力和气诲流速不变的毒溅下，喷射体熬赞可表示为：，蒸中，代表液体的饱和蒸气压，为表面张力，是运幼粘性。因此，如果物理性质都知道的话，理论上是可以预铡雾化运动的。除诧之外，雾纯颗敉的数量帮体积分布范围零，这种分布和小颗粒半径的形成较之传统雾化技术有明显的优势，因为传统
30、的雾化技术总是很难掌握颗粒尺寸，而且喷射体中总有一定比例的大颗粒在攫瑟。热瓣沉粳机理超声雾化热艇法是秘物理、化学豹综合方法。它刹用衰压或超声波对液体的强力穑碎作用，使前驱体溶液雾化成极小的雾化微粒，和气体形成气溶胶，然煞被辕邀至聿幸疯表覆发生往学反应形戒薄貘。磷究表明，雾滚气浚与露巍表瑟豹反应过程与衬底表面温度密切相关，其沉积机理一般可以分为三类：。澄度较低辩，雾化静颗粒弱达稽底表瑟嚣，反旋裼缓慢溶解、蒸发，幸枣第章超声嚣化热解装置的设计及原理底表面形成的是精细的沉淀；瀵度过褰葬幸，蒸汽到达羹俸之蔫稼学反基便基发擘三，其产貔在孛尊底表嚣成粉末状；只有在合遁静基体温凄鞠荔挥发酌反应物条件下，溶液
31、在接触孛寸底之前已蒸发，薄膜以固体形式沉积在揍体表磷；在此过程中，溶液蒸发和沉淀升华相继发生，在气相发生化学反应得到氧化物薄膜。其中，第三秘为最理想的沉积方式，在整个沉积过程中鸯复杂的热力学耜韵力学机制的作用。圈。是我髓露备薄貘遵程中帮辘发生戆凡秘鸯况。在过程中，小液滴到达衬底，溶剂气化并留下干燥沉积层，它将起反应形成膜；过程，小液薅戮这表蕊之蓊溶潮蒸发，沉积物撞蒌靖褒表面势在郡墅发生轰液；过程，刍小液滴接避衬底时溶剂蒸发，固体沉积物熔化或升华，气相扩散至村底与水蒸汽反应形成薄膜；过程，在高温下待沉积的化合物到达丰寸底表面之前已经汽化，且在气相发生均棚的化学反应，邋过上述讨论分糖，我们可以认必
32、：当雾化汽相沉积制备薄膜的成膜过程为上述图中的过程时，其成膜过程类似于化学气穗沉积（）蛉成黢过程，我们豫之为雾纯汽梗热瓣沉莰。图雾化热解法的沉积胤理图，。，。，一；。，。，。窒圣量鍪奎茎三耋堡圭耋堡鎏，。，。，。，：。，超声雾化热鼹沉积系统趣声雾证热解法稍备薄膜静实验装嚣翔图，所示，主要包瑟雾纯系统、生长系统和温控系统三个部分。嘲超声雾纯热盎攀系统装爨示意图埔声雾纯器一内置风扇一前驱髂溶液石英沉积室曲热器衬底热电偶温控系统雾化系统雾化系统的主要组成部分是经过亚都医疗设铸有限公司生产静医用怒声波雾纯器缀佟重薪设诗、改逡安装戚鹣多个熬薮器静雾伲装嚣，雾乏器包括越声波发生器、盛装前驱体溶液的雾化室和
33、内置小风扇等部分。超声波雾化器的功率为，频率为之间调，进入生长系统的雾化量大小可以通过载气流量和雾化器本身功率的太小进行调节。雾化系统有两个重要参数。动力频率：为了获褥爱驽豹雾诬效浆（频率在，之阕），渴瓷振动频率必须为近于它的固定频率。由于熬振高峰的狭窄，频率必须被精确控制，辩栗螫要的话，在沉积避程中羹诞。液体高度：根据每种被雾化的液体和雾化室的形状不同，可根据最大流速定出一个液体商魔。穰据室中液体商度是高于或是低于可定出两种操作橇第章超声雾化热解装置的设计授原理制，在高度高于的情况下，由于通过液体时的声波吸收使雾化效率降低，在低予酌馕提下，由于滚薅表瑟鼹筷气不是获餐输强毒的雾纯缕囊季涟，瀛疫
34、越低，传输鬣越小。沉积系统生长系统壶串氍荚管、衬底及其托粲、船燕器等组成。加热器为巾圆筒形碳化硅电阻炉，内体结构为的电阻丝；为了保持漱度的稳定和均匀性，我们将衬底放置于加热器的轴心中间位，并谯电阻炉步部包裹玻璃拣保温。为了防止杂质瓣薄膜的掺杂影噙，衬底托架由不锈钢制备而成，根据实验器求的不同，可调节衬底托架以改变衬底在生长蹇夔位嚣秘骥瓣热度。温控系统温控系统主要用来测擞和控制衬底的渝度，以使衬底表面各照的溢褒逸嚣基零一致。送藩分圭黉壶上海叁动能仪表】厂生产鍪可控硅役表组成，温控系统保证温度误差范围为士。雾化热解沉积制备薄膜的反应机制雾化热解沉积制备薄膜机制主耍包含两个关镳步骤；（）气体由空间到
35、衬底表丽静蒺爨输送；（）包含吸辩和脱附律掰过程的表面反应，表西扩散并结合翻晶格中，袈其中又主要包食以下几个环节：雾状反应气溶胶与载气输送剿薄膜生长室；。雾状气溶胶扩散至专重底表露，其中的滚裁蒸发；反应物质在衬底表面的吸附；。豹瑾纯学发瘟夔发生与迸纷，生成霾体薄貘襄复蔽靛裂产瑟；这个过程又包括固体原予的沉淀、表颟扩散、结合到品格中形成薄膜朦。反瘦戮产蒹在树瘫上豹簿啜辫；反应副产品到主气流中的扩散；反应副产品从生长室的输离；毽雾健热瓣法沉积刳冬薄骥的反疲摄钊示意图，以上割罄薄膜靛反应邋程，可由下列方程式来表示（】：（）（雾）二翌（）（气）（气）（，）（气）静（气）二！（）（吸附）（气）（）（气）二（气）由上图我们不难发现，幽于没有使用高速高压气流，我们的沉积装置与化举气稳沉积（）豹残膜过程极其类似：滚渡雾化嚣形成豹微
