Nioboxid-Filme, die durch reaktives Sputtern abgelagert werden: Wirkung des Sauerstoffdurchflusses

In der reaktiven Sputtertechnik ist es möglich, eine feine Kontrolle der Parameter zu haben, die es ermöglicht, Nioboxid-Rauch mit verschiedenen Stochiometern und Vorlieben abzulagern. Der Hauptvorteil dieser Technik ist die Ablagerung homogener Dämpfe mit guter Haftung über große Flächen und zu niedrigen Kosten und geringen Produktionshindernissen. Es ist wichtig, auf jeden Schritt zu achten und keine zu überspringen.

Die Erkenntnis, wie man mit Geräten umgeht und das endgültige Auftreten der Dämpfe hilft, eine gute Ablagerung zu erreichen. Beginnen Sie mit dem Schutz der Substratoberfläche mit einem Thermoband, so dass 0,5 cm von einer Seite freigelegt werden. Legen Sie genügend Zinkpulver ab, um die Fläche abzudecken, die auf der Oberseite des exponierten Fluorid-Dünnoxids geätzt werden soll.

Dann langsam fallen konzentrierte Salzsäure, bis das gesamte Zinkpulver durch die Reaktion verbraucht wird. Waschen Sie das Substrat sofort mit dem ionisierten Wasser. Entfernen Sie das Band.

Und beschallen Sie das Substrat mit Seife für 15 Minuten, gefolgt von zwei Mal in Wasser, Aceton und Isopropanol Alkohol. Nach der Fixierung des Substrats durch eine Metallschattenmaske das Substrat in die Sputternkammer legen. Nach dem Abdichten der Kammer starten Sie die mechanische Pumpe und schalten Sie die Turbomolekularpumpe ein.

Wenn das Vakuum fünfmal 10 bis zum negativen Fünftorr erreicht, öffnen Sie das Wasserkühlersystem und schalten Sie das Substratheizungssystem ein. Stellen Sie die Temperatur auf 500 Grad Celsius ein und erhöhen Sie alle fünf Minuten 100 Grad Celsius, bis sie den gewünschten Wert erreicht. Stellen Sie den Argon auf 40 SCCM und den Sauerstoff auf drei Standard-Kubikzentimeter pro Minute ein.

Einführen Sie Argon in die Kammer. Und stellen Sie den Druck auf fünf mal 10 auf die negative drei Torr, und die Radiofrequenz auf 120 Watt. Schalten Sie die Hochfrequenz ein.

Verwenden der Impedanz-Matching-Box, um die Frequenz nach Bedarf zu stimmen. Wenn das Plasma nicht beginnt, erhöhen Sie den Druck langsam, bis es zwei Mal 10 bis zum negativen zwei Torr erreicht. Verwenden eines Torventils, das geöffnet oder geschlossen werden kann, um die Pumprate zu ändern, um den Druck einzustellen.

Halten Sie das Plasma 10 Minuten lang bei 120 Watt, um das Niobziel zu reinigen und jede in seiner Oberfläche vorhandene Oxidschicht zu entfernen. Nach der Stabilisierung Sauerstoff in die Kammer einführen, stellen Sie die HF-Leistung auf 240 Watt ein und öffnen Sie den Substratverschluss. Starten Sie die Abscheidung und legen Sie die Abscheidungszeit fest, um eine Enddicke von 100 Nanometern zu erreichen.

Sobald die Abscheidung abgeschlossen ist, schließen Sie den Verschluss, schalten Sie die Hochfrequenz aus, schließen Sie die Gase und verringern Sie die Substrattemperatur. Wenn die Substrattemperatur die Raumtemperatur erreicht, führen Sie Luft ein, um den Umgebungsdruck wieder herzustellen, bevor Sie die Kammer öffnen und das Substrat entfernen. Für den Bau von Solarzellen, schützen Sie beide Seiten des Substrats mit einem Stück Klebeband und verwenden Sie einen Spincoater mit 4.000 Umdrehungen pro Minute für 30 Sekunden, um eine mesoporöse Titandioxidschicht auf die Nioboxidschicht zu legen.

Dann legen Sie das Substrat in den Ofen entsprechend der angegebenen Erwärmungsreihenfolge. Wenn der Ofen Raumtemperatur erreicht, verwenden Sie den Spincoater, um zwei Schichten des Bleijodids bei 6.000 Umdrehungen pro Minute für 90 Sekunden in die Titandioxidschicht zu legen. Das Substrat nach jeder Ablagerung 10 Minuten auf eine Kochplatte oder 70 Grad Celsius legen.

Nach der Wärmebehandlung 300 Milliliter Methylammoniumjodidlösung auf die Bleijodidschichten fallen lassen und 20 Sekunden warten, bevor sie 30 Sekunden lang bei 4 000 Umdrehungen pro Minute drehen. Am Ende der Drehung legen Sie das Substrat auf eine Kochplatte für 10 Minuten bei 100 Grad Celsius, bevor Sie Spiro OMetTAD Lösung auf der Perowskitschicht in der Spin-Coater bei 4 000 Umdrehungen pro Minute für 30 Sekunden ablagern. Dann lagern Sie die Filme in Desiccator in der Luft über Nacht spiro OMetTAD zu oxidieren.

Am nächsten Morgen kratzen Sie den Perowskitfilm, um die FTO zu entlarven. Verwenden Sie eine Schattenmaske, um Goldkontakt in einer Verdampfermaschine mit einer Rate von 0,2 Angstroms pro Sekunde zu hinterlegen, bis die Dicke fünf Nanometer erreicht, bevor sie die Rate auf ein Angstrom pro Sekunde erhöht, um 17 Nanometer Goldkontakt zu erhalten. Dann kann die Zelle getestet werden.

Im Sputtersystem wird die Abscheidungsrate stark durch die Sauerstoffdurchflussrate beeinflusst, die abnimmt, wenn der Sauerstofffluss steigt. Beispielsweise gibt es von drei auf vier SCCM eine ausdrucksstarke Abnahme der Abscheidungsrate. Wenn der Sauerstoff erhöht wird, von vier auf 10 SCCM jedoch die Abscheidungsrate wird weniger ausgeprägt.

Die gebildete Nioboxidphase ist abhängig von der Sauerstoffdurchflussrate, und bei Strömen von weniger als drei SCCM-Niobdioxid ist die Hauptphase gebildet. Bei Strömen, die gleich oder höher als 3,5 SCCM sind, ist das Sauerstoffvolumen zu hoch, um Niobdioxid zu erzeugen. Stattdessen wird Niobpentoxid als Hauptphase beobachtet.

Elektronenmikroskopische Bilder zeigen die nanometrischen kugelförmigen Partikel der Filme, die sich an drei Punktfünf, vier und 10 SCCM ablagern. Im Gegensatz dazu zeigt der an drei SCCM abgelagerte Film blechförmige Partikel. Die durch reaktives Sputtern in unterschiedlichen Sauerstoffdurchflussraten abgelagerten Folien zeigen unterschiedliche elektrische Eigenschaften.

Die Leitfähigkeit der Filme erhöht sich, wenn drei SCCM Sauerstoff verwendet werden. Wenn die Sauerstoffdurchflussrate auf drei Punkt fünf, vier oder zehn SCCM erhöht wird, wird eine Abnahme der Leitfähigkeit beobachtet. Die Leistung von Perowskit-Solarzellen hängt auch vom verwendeten Nioboxid ab.

Als Zelle mit Elektronentransportschichten an drei Punkten abgelagert fünf SCCM hat die beste Leistung mit dem höchsten Kurzschlussstrom. Denken Sie daran, zu überprüfen, ob alle Parameter richtig eingestellt sind, bevor Sie mit der Ablagerung von Nioboxidfilmen beginnen. Die Nioboxidfolien können auch die Ursache sein, die chemische Lösungen abschrecken.

Das Metall erlaubt jedoch nicht die Ablagerung verschiedener Stoichiometrie. Ist die Entwicklung von Teilen, die analysiert, wie die Leitfähigkeit von Nioboxid-Dämpfe numerisch die Leistung der Perowskit-Solarzellen beeinflusst. Achten Sie bei der Verwendung der Chemikalien für die Perowskitablagerung und achten Sie darauf, alle Laborsicherheitsregeln zu befolgen.