Name: Niobium oxide films afgezet door reactieve sputtering: effect van zuurstof debiet (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2019-09-28T14:30:00.000+00:00
Duration: 8 min 23 s
Description: Leer niobiumoxidefilms deponeren door reactieve sputtering met variërende zuurstofdebieten. Deze methode produceert homogene lagen met goede hechting voor gebruik als elektronentransportlaag in perovskietzonnecellen.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Het werk werd gesteund door Fundação de Amparo à pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP), Centro de Desenvolvimento de materiais Cerâmicos (CDMF-FAPESP nº 2013/07296-2, 2017/11072-3, 2013/09963-6 en 2017/18916-2). Speciale dank aan professor Máximo Siu Li voor PL-metingen.

1. etsen en schoonmaken van de ondergrond
<ol><li>Met behulp van een glassnijsysteem, vorm 2,5 x 2,5 cm substraten van fluoride dun oxide (FTO).</li>
	<li>Bescherm een deel van het substraat oppervlak met een thermische tape en laat 0,5 cm aan de ene kant bloot.</li>
	<li>Stort een kleine hoeveelheid zinkpoeder (genoeg om het te bestrijken gebied te bedekken) op de top van het blootgestelde FTO en drop geconcentreerd zoutzuur (HCl) op het zinkpoeder langzaam totdat al het zinkpoeder wordt verbruikt door de reactie. Spoel het substraat onmiddellijk na met gedeïoniseerd (DI) water. Let op: waterstofgas in overvloed wordt gegenereerd uit zink en HCl-reactie.</li>
	<li>Verwijder de tape en was met DI water en zeep met behulp van een kleine borstel. Opmerking: het penseel helpt bij het verwijderen van enkele resterende lijm van de tape.</li>
	<li>Laat het geëtste substraat in een zeepoplossing (50% in water) en bewaar het gedurende 15 minuten in een ultrasonicaatbad. Dan, sonificeren voor 15 min in di water (2 keer), gevolgd door 10 meer min in aceton en ten slotte 10 min in isopropylalcohol. Droog het substraat met stikstofgas.</li>
</ol>2. afzetting van niobium oxide films
<ol><li>Bevestig het substraat door middel van een schaduwmasker dat 0,5 cm aan beide zijden beschermt. Opmerking: aan de kant waar de FTO is geëtst, is het belangrijk om te certificeren dat de FTO wordt bedekt om kortsluitingen te voorkomen bij het bouwen van de cel.</li>
	<li>Introduceer het substraat in de sputterende kamer en verzegel de kamer.</li>
	<li>Start de mechanische pomp. Verander in de eerste 10 min de 3-wegafsluiter in de voorbewerken positie om de olie te verwarmen en watervrij te maken om het pompen te verbeteren. De primaire pomp werkt alleen tot de druk 6 x 10-2 Torr is.</li>
	<li>Verander de 3-wegafsluiter in een ondersteunende positie en draai de turbo moleculaire pomp aan. Zodra de moleculaire pomp is gestart, opent u de poortklep bij de invoer van de vacuümpomp. De afzetting begint wanneer de druk 3 x 10-6 Torr bereikt. Opmerking: voordat de moleculaire pomp wordt gestart, moet het primaire vacuüm beter zijn dan 6 x 10-2 Torr, echter niet hoger dan 5 x 10-2 Torr om verontreiniging van de kamer met pomp olie te voorkomen.</li>
	<li>Wanneer het vacuüm 5 x 10-5 Torr bereikt, open dan het waterkoeler systeem en zet het substraat verwarmingssysteem aan. Stel de temperatuur in op 500 °C. Verhoog de temperatuur langzaam, 100 °C elke 5 min totdat het de gewenste waarde bereikt.</li>
	<li>Stel de in de afzetting te gebruiken gassen parameters in: argon van 40 SCCM en zuurstof van 3 tot 10 SCCM. Opmerking: het zuurstof debiet varieerde in elke depositie: 3, 3,5, 4 en 10 SCCM. Zuurstof reageert met niobium vorming van niobium oxide.</li>
	<li>Introduceer Argon op de kamer en stel de druk in op 5 x 10-3 Torr en de radiofrequentie (RF) tot 120 W. zet het RF aan en stem af met de impedantie matching box. In het geval dat het plasma niet start, Verhoog de druk langzaam totdat het 2 x 10-2 Torr bereikt. In deze druk, het plasma moet beginnen. Stel de druk in met behulp van een poort ventiel dat geopend of gesloten kan worden om de pompsnelheid te veranderen.</li>
	<li>Houd het plasma op 120 W voor 10 min voor het schoonmaken van de niobium doel verwijderen van een oxide laag aanwezig in het oppervlak. Opmerking: bij het schoonmaken van het doelwit wordt de ondergrond sluiter gesloten om de ondergrond te beschermen tegen elke materiële depositie.</li>
	<li>Breng zuurstof in de kamer, na stabilisatie, zet het radiofrequentie vermogen op 240 W en open de ondergrond sluiter. De afzetting begint. Stel de Afzettings tijd in op een eind dikte van 100 nm op basis van eerdere onderzoeken die de depositie graad bepaalden. Voor elke depositie voorwaarde wordt een verschillend depositie percentage verwacht, dus de depositie tijd verschilt ook.</li>
	<li>Zodra de depositie tijd is voltooid, sluit u de sluiter onmiddellijk, schakelt u het RF uit, sluit u de gassen af en verlaagt u de substraat temperatuur tot kamertemperatuur.</li>
	<li>Als de substraat temperatuur kamertemperatuur bereikt, introduceren lucht om de omgevingsdruk te herstellen en open de kamer.. Opmerking: over het algemeen duurt het systeem 4 uur om een temperatuur van 40 °C te bereiken.</li>
</ol>3. bouw van de zonnecellen
<ol><li>De oplossingen voorbereiden die worden gebruikt om de apparaten te construeren<ol>
<li>TiO2 pasta oplossing: meng 150 mg Tio2 pasta in 1 ml di water. Roer het 1 dag voor gebruik erdoor. Let op: Houd de suspensie roeren, zelfs wanneer u deze niet gebruikt om er zeker van te zijn dat de suspensie altijd homogeen is.</li>
		<li>Bereid de lood-jodide-oplossing (PbI2) door menging van 420 mg pbi2 in 1 ml watervrij dimethylformamide. Gebruik alleen watervrije oplosmiddelen.</li>
		<li>Bereid de oplossing methylammonium jodide (CH3NH3i) voor door toevoeging van 8 mg CH3NH3i in 1 ml isopropylalcohol (IPA). Opmerking: het watergehalte in het IPA moet lager zijn dan 0,0005%.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Deposit TiO2 mesoporeuze laag bovenop de niobium oxide laag met behulp van een spin coater bij 4.000 rpm voor 30 s.</li>
	<li>Plaats het substraat op de oven na de stappen: 270 °C gedurende 30 min; 370 °C gedurende 30 min en 500 °C gedurende 1 uur. wacht tot de ovenkamer temperatuur bereikt en verwijder de ondergrond. Opmerking: de warmtebehandeling ontbindt het organische deel van de pasta en laat een poreuze laag over de film.</li>
	<li>Stort twee lagen PbI2 bovenop de Tio2 mesoporeuze met behulp van een spin coater bij 6.000 rpm voor 90 s en zet na elke depositie het substraat in een hete plaat bij 70 °c gedurende 10 minuten. Opmerking: de PbI2 -depositie moet in een handschoenenkastje zijn gevuld met zuivere stikstof of argon en met gecontroleerde atmosfeer (water en zuurstof < 0,1 ppm).</li>
	<li>Stort de oplossing CH3NH3I. Druppel 0,3 mL CH3NH3I oplossing op pbi2, wacht 20 sec. en draai vervolgens bij 4.000 rpm voor 30 s. plaats het substraat op een hete plaat bij 100 °c gedurende 10 minuten. Let op: de CH3NH3I-depositie moet in een handschoenenkastje zitten. De totale hoeveelheid CH3NH3I-oplossing moet in slechts één stap snel worden verwijderd.</li>
	<li>Borg Spiro-OMeTAD oplossing bovenop de perovskietmodule laag door spin coating bij 4.000 rpm voor 30 s. laat het substraat 's nachts in een zuurstof atmosfeer. Opmerking: de depositie van de Spiro-OMeTAD moet in een handschoenenkastje zitten. Na de depositie is het belangrijk om het substraat 's nachts te verlaten in een zuurstof atmosfeer om de Spiro-OMeTAD te oxideren en de geleiding te verhogen.</li>
	<li>Verdampen 70 nm goud contact met behulp van een schaduwmasker met een snelheid van 0,2 A/s tot 5 nm is bereikt en verhoog vervolgens de snelheid tot 1 A/s. Opmerking: het is belangrijk om een langzame snelheid te gebruiken aan het begin om te voorkomen dat de gouden diffusie door de cel.</li>
</ol>

<ol><li>Wasa, K., Kitabatake, M., Adachi, H. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aWasa%2C+K+%22Thin+film+materials+technology+%3A+sputtering+of+compound+materials%22">Thin film materials technology : sputtering of compound materials</a>. , William Andrew Pub. (2004).</li>
<li>Kelly, P. J., Arnell, R. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Magnetron+sputtering%3A+A+review+of+recent+developments+and+applications%5BTitle%5D)+AND+%22Vacuum%22%5BJournal%5D)">Magnetron sputtering: A review of recent developments and applications.</a> Vacuum. 56, 159-172 (2000).</li>
<li>Chen, W. -C., Peng, C. Y., Chang, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Heteroepitaxial+growth+of+TiN+film+on+MgO+%28100%29+by+reactive+magnetron+sputtering%5BTitle%5D)+AND+%22Nanoscale+Research+Letters%22%5BJournal%5D)">Heteroepitaxial growth of TiN film on MgO (100) by reactive magnetron sputtering.</a> Nanoscale Research Letters. 9, 551(2014).</li>
<li>Guo, Q. X., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Heteroepitaxial+growth+of+gallium+nitride+on+%28+1+1+1+%29+GaAs+substrates+by+radio+frequency+magnetron+sputtering%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Crystal+Growth%22%5BJournal%5D)">Heteroepitaxial growth of gallium nitride on ( 1 1 1 ) GaAs substrates by radio frequency magnetron sputtering.</a> Journal of Crystal Growth. 239, 1079-1083 (2002).</li>
<li>Berg, S., Nyberg, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fundamental+understanding+and+modeling+of+reactive+sputtering+processes%5BTitle%5D)+AND+%22Thin+Solid+films%22%5BJournal%5D)">Fundamental understanding and modeling of reactive sputtering processes.</a> Thin Solid films. (476), 215-230 (2005).</li>
<li>Wong, M. S., Sproul, W. D., Chu, X., Barnett, S. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Reactive+magnetron+sputter+deposition+of+niobium+nitride+films%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+Vacuum+Science+%26+Technology+A%3A+Vacuum%2C+Surfaces+and+Films%22%5BJournal%5D)">Reactive magnetron sputter deposition of niobium nitride films.</a> Journal Vacuum Science & Technology A: Vacuum, Surfaces and Films. 11, 1528-1533 (2002).</li>
<li>Zoita, C. N., Braic, L., Kiss, A., Braic, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Characterization+of+NbC+coatings+deposited+by+magnetron+sputtering+method%5BTitle%5D)+AND+%22Surface+and+Coatings+Technology%22%5BJournal%5D)">Characterization of NbC coatings deposited by magnetron sputtering method.</a> Surface and Coatings Technology. 204, 2002-2005 (2010).</li>
<li>Nico, C., Monteiro, T., Graça, M. P. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Niobium+oxides+and+niobates+physical+properties%3A+Review+and+prospects%5BTitle%5D)+AND+%22Progress+in+Materials+Science%22%5BJournal%5D)">Niobium oxides and niobates physical properties: Review and prospects.</a> Progress in Materials Science. 80, 1-37 (2016).</li>
<li>Aegerter, M. A., Schmitt, M., Guo, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Sol-gel+niobium+pentoxide+coatings%3A+Applications+to+photovoltaic+energy+conversion+and+electrochromism%5BTitle%5D)+AND+%22International+Journal+of+Photoenergy%22%5BJournal%5D)">Sol-gel niobium pentoxide coatings: Applications to photovoltaic energy conversion and electrochromism.</a> International Journal of Photoenergy. 4, 1-10 (2002).</li>
<li>Fernandes, S. L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Hysteresis+dependence+on+CH3NH3PbI3+deposition+method+in+perovskite+solar+cells%5BTitle%5D)+AND+%22Proceedings+of+SPIE+-+International+Society+for+Optics+and+Photonics%22%5BJournal%5D)">Hysteresis dependence on CH3NH3PbI3 deposition method in perovskite solar cells.</a> Proceedings of SPIE - International Society for Optics and Photonics. 9936, 9936(2016).</li>
<li>Fernandes, S. L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Nb2O5hole+blocking+layer+for+hysteresis-free+perovskite+solar+cells%5BTitle%5D)+AND+%22Materials+Letters%22%5BJournal%5D)">Nb2O5hole blocking layer for hysteresis-free perovskite solar cells.</a> Materials Letters. 181, 103-107 (2016).</li>
<li>Hamada, K., Murakami, N., Tsubota, T., Ohno, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Solution-processed+amorphous+niobium+oxide+as+a+novel+electron+collection+layer+for+inverted+polymer+solar+cells%5BTitle%5D)+AND+%22Chemical+Physics+Letters%22%5BJournal%5D)">Solution-processed amorphous niobium oxide as a novel electron collection layer for inverted polymer solar cells.</a> Chemical Physics Letters. 586, 81-84 (2013).</li>
<li>Aegerter, M. a <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Sol-gel+niobium+pentoxide%3A+A+promising+material+for+electrochromic+coatings%2C+batteries%2C+nanocrystalline+solar+cells+and+catalysis%5BTitle%5D)+AND+%22Solar+Energy+Materials+and+Solar+Cells%22%5BJournal%5D)">Sol-gel niobium pentoxide: A promising material for electrochromic coatings, batteries, nanocrystalline solar cells and catalysis.</a> Solar Energy Materials and Solar Cells. 68, 401-422 (2001).</li>
<li>Rani, R. A., Zoolfakar, A. S., O'Mullane, A. P., Austin, M. W., Kalantar-Zadeh, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Thin+films+and+nanostructures+of+niobium+pentoxide%3A+fundamental+properties%2C+synthesis+methods+and+applications%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+Materials+Chemistry+A%22%5BJournal%5D)">Thin films and nanostructures of niobium pentoxide: fundamental properties, synthesis methods and applications.</a> Journal Materials Chemistry A. 2, 15683-15703 (2014).</li>
<li>Foroughi-Abari, A., Cadien, K. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Growth%2C+structure+and+properties+of+sputtered+niobium+oxide+thin+films%5BTitle%5D)+AND+%22Thin+Solid+Films%22%5BJournal%5D)">Growth, structure and properties of sputtered niobium oxide thin films.</a> Thin Solid Films. 519, 3068-3073 (2011).</li>
<li>Numata, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Nb-doped+amorphous+titanium+oxide+compact+layer+for+formamidinium-based+high+efficiency+perovskite+solar+cells+by+low-temperature+fabrication%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+Materials+Chemistry+A%22%5BJournal%5D)">Nb-doped amorphous titanium oxide compact layer for formamidinium-based high efficiency perovskite solar cells by low-temperature fabrication.</a> Journal Materials Chemistry A. 6, 9583-9591 (2018).</li>
<li>Graça, M. P. F., Meireles, A., Nico, C., Valente, M. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Nb2O5+nanosize+powders+prepared+by+sol-gel+-+Structure%2C+morphology+and+dielectric+properties%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Alloys+and+Compounds%22%5BJournal%5D)">Nb2O5 nanosize powders prepared by sol-gel - Structure, morphology and dielectric properties.</a> Journal of Alloys and Compounds. 553, 177-182 (2013).</li>
<li>Kogo, A., Numata, Y., Ikegami, M., Miyasaka, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Nb+2+O+5+Blocking+Layer+for+High+Open-circuit+Voltage+Perovskite+Solar+Cells%5BTitle%5D)+AND+%22Chemistry+Letters%22%5BJournal%5D)">Nb 2 O 5 Blocking Layer for High Open-circuit Voltage Perovskite Solar Cells.</a> Chemistry Letters. 44, 829-830 (2015).</li>
<li>Ueno, S., Fujihara, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Effect+of+an+Nb2O5+nanolayer+coating+on+ZnO+electrodes+in+dye-sensitized+solar+cells%5BTitle%5D)+AND+%22Electrochimica+Acta%22%5BJournal%5D)">Effect of an Nb2O5 nanolayer coating on ZnO electrodes in dye-sensitized solar cells.</a> Electrochimica Acta. 56, 2906-2913 (2011).</li>
<li>Fernandes, S. L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Exploring+the+Properties+of+Niobium+Oxide+Films+for+Electron+Transport+Layers+in+Perovskite+Solar+Cells%5BTitle%5D)+AND+%22Frontiers+in+Chemistry%22%5BJournal%5D)">Exploring the Properties of Niobium Oxide Films for Electron Transport Layers in Perovskite Solar Cells.</a> Frontiers in Chemistry. 7, 1-9 (2019).</li>
<li>Shirani, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Tribologically+enhanced+self-healing+of+niobium+oxide+surfaces%5BTitle%5D)+AND+%22Surface+and+Coatings+Technology%22%5BJournal%5D)">Tribologically enhanced self-healing of niobium oxide surfaces.</a> Surface and Coatings Technology. 364, 273-278 (2014).</li>
<li>Yan, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Nb2O5%2FTiO2+heterojunctions%3A+Synthesis+strategy+and+photocatalytic+activity%5BTitle%5D)+AND+%22Applied+Catalysis+B%3A+Environmental%22%5BJournal%5D)">Nb2O5/TiO2 heterojunctions: Synthesis strategy and photocatalytic activity.</a> Applied Catalysis B: Environmental. 152 (1), 280-288 (2014).</li>
</ol>

De auteurs hebben niets te onthullen.

De niobium oxide films bereid in dit werk werd gebruikt als elektronen transportlaag in perovskietmodule zonnecellen. Het belangrijkste kenmerk dat nodig is voor een elektronen transportlaag is het voorkomen van recombinatie, het blokkeren van gaten en het overbrengen van efficiënte elektronen.
In dit opzicht is het gebruik van reactieve sputterende techniek voordelig omdat het dichte en compacte films produceert. Ook, zoals reeds vermeld, in vergelijking met Sol-gel, anodisatie, hydrothermisc...

De sputterende techniek wordt veel gebruikt voor het storten van films van hoge kwaliteit. De belangrijkste toepassing is in de halfgeleiderindustrie, hoewel het ook wordt gebruikt in oppervlaktecoating voor verbetering in mechanische eigenschappen, en reflecterende lagen1. Het belangrijkste voordeel van sputteren is de mogelijkheid om verschillende materialen te deponeren over verschillende ondergronden; de goede reproduceerbaarheid en controle over de depositie parameters. De sputterende techniek maakt de afzetting van homogene films mogelijk, met een goede hechting over grote gebieden en tegen lage kosten in vergelijking met andere Afzettings methoden zoals chemische damp afzetting (CVD), moleculaire straal epitaxy (MBE) en atomaire-laag depositie (ALD) 1,2. Algemeen, halfgeleider films afgezet door sputteren zijn amorf of poly kristallijne, echter, er zijn enkele rapporten over epitaxiale groei door sputteren3,4. Niettemin, het sputterende proces is zeer complex en het bereik van de parameter is breed5, dus om te bereiken van hoge kwaliteit films, een goed begrip van het proces en parameter optimalisatie is nodig voor elk materiaal.
Er zijn verschillende artikelen die rapporteren over de afzetting van niobium oxide films door sputteren, evenals niobium Nitride6 en niobium Carbide7. Onder nb-oxiden, niobium fosforzuuranhydride (nb2O5) is een transparant, lucht-stabiel en water-onoplosbaar materiaal dat uitgebreide polymorfisme vertoont. Het is een n-type halfgeleider met band spleet waarden variërend van 3,1 tot 5,3 EV, waardoor deze oxiden een breed scala aan toepassingen8,9,10,11,12,13 ,14,15,16,17,18,19. NB2O5 heeft veel aandacht gekregen als een veelbelovend materiaal om te worden gebruikt in perovskietmodule zonnecellen vanwege de vergelijkbare elektron injectie-efficiëntie en betere chemische stabiliteit in vergelijking met titaniumdioxide (Tio2). Bovendien kan de band gap van nb2O5 de open-circuit spanning (VOC) van de cellen14verbeteren.
In dit werk, nb2O5 werd afgezet door reactieve sputteren onder verschillende zuurstof stroomsnelheden. Bij lage zuurstof stroomsnelheden werd de geleiding van de films verhoogd zonder gebruik te maken van doping, wat onzuiverheden op het systeem introduceert. Deze films werden gebruikt als elektronen transportlaag in perovskietmodule zonnecellen die de prestaties van deze cellen verbeterden. Er werd vastgesteld dat het verminderen van de hoeveelheid zuurstof de vorming van zuurstof vacatures induceert, wat de geleiding van de films die leidt tot zonnecellen met een betere efficiëntie verhoogt.

<table><tbody><tr><td>2-propanol</td><td>Merck</td><td>67-63-0</td><td>oplosmiddel met maximaal 0,005% H2O</td></tr><tr><td>4-tert-butylpyridine</td><td>Sigma Aldrich</td><td>3978-81-2</td><td>chemische stof met 96% zuiverheid</td></tr><tr><td>acetonitrile</td><td>Sigma Aldrich</td><td>75-05-8</td><td>watervrij oplosmiddel, 99,8% zuiverheid</td></tr><tr><td>bis(trifluormethaan)sulfonimide lithiumzout</td><td>Sigma Aldrich</td><td>90076-65-6</td><td>chemische stof met >=99,95% zuiverheid</td></tr><tr><td>chloorbenzeen</td><td>Sigma Aldrich</td><td>108-90-7</td><td>watervrij oplosmiddel, 99,8% zuiverheid</td></tr><tr><td>ethanol</td><td>Sigma Aldrich</td><td>200-578-6</td><td>oplosmiddel</td></tr><tr><td>Fluorine-gedoteerd tinoxide (SnO2:F) glassubstraat</td><td>Solaronix</td><td>TCO22-7/LI</td><td>substraat om films te deponeren</td></tr><tr><td>Kaptom tape</td><td>Usinainfo</td><td>04227</td><td>thermische tape gebruikt om de substraten te bedekken</td></tr><tr><td>Kurt J Lesker magnetronsputteringsysteem</td><td>Kurt J Lesker</td><td>------</td><td>Sputterapparatuur gebruikt om compacte films te deponeren</td></tr><tr><td>Lod (II) jodide</td><td>Alfa Aesar</td><td>10101-63-0</td><td>PbI2 zout - 99,998% zuiverheid</td></tr><tr><td>methylammoniumjodide</td><td>Dyesol</td><td>14965-49-2</td><td>CH3NH3I zout</td></tr><tr><td>N2,N2,N2&prime;,N2&prime;,N7,N7,N7&prime;,N7&prime;-octakis (4-methoxyfenyl)-9,9&prime;-spirobi [9H-fluoreen]-2,2&prime;,7,7&prime;-tetramine</td><td>Sigma Aldrich</td><td>207739-72-8</td><td>Spiro-OMeTAD zout, 99% zuiverheid</td></tr><tr><td>Niobiumdoel van 3&rdquo;</td><td>CBMM- Brazilian Metallurgy and Mining Company</td><td>------</td><td>niobiumsputteringdoel gebruikt in het sputteringsysteem</td></tr><tr><td>N-N dimethylformamide</td><td>Merck</td><td>68-12-2</td><td>oplosmiddel met maximaal 0,003% H2O</td></tr><tr><td>TiO2 pasta</td><td>Dyesol</td><td>DSL 30NR-D</td><td>titaniumdioxide pasta</td></tr><tr><td>tris(2-(1H-pyrazol-1-yl)-4-tert-butylpyridine)kobalt(III) tri[bis(trifluormethaan)sulfonimide]</td><td>Dyesol</td><td>329768935</td><td>FK 209 Co(III) TFSL zout</td></tr></tbody></table>

niobium oxide films afgezet door reactieve sputtering: effect van zuurstof debiet

Niobium Oxide Films Deposited by Reactive Sputtering: Effect of Oxygen Flow Rate

Reactieve sputteren is een veelzijdige techniek die wordt gebruikt om compacte films te vormen met een uitstekende homogeniteit. Bovendien, het maakt eenvoudige controle over depositie parameters zoals gasstroom snelheid die resulteert in veranderingen op de samenstelling en dus in de film vereiste eigenschappen. In dit rapport wordt reactieve sputteren gebruikt om niobium oxide films te storten. Een niobium doel wordt gebruikt als metaal bron en verschillende zuurstof stroom tarieven om niobium oxide films te storten. Het zuurstof debiet is veranderd van 3 naar 10 SCCM. De films afgezet onder lage zuurstof stroomsnelheden vertonen een hogere elektrische geleiding en bieden betere perovskietmodule zonnecellen bij gebruik als elektronen transportlaag.

In het sputterende systeem wordt de depositie snelheid sterk beïnvloed door de zuurstof stroomsnelheid. De depositie snelheid daalt wanneer de zuurstoftoevoer wordt verhoogd. Gezien de huidige omstandigheden van het beoogde gebied gebruikt en plasma vermogen, wordt opgemerkt dat van 3 aan 4 SCCM er een expressieve afname van de depositie snelheid, echter, wanneer de zuurstof wordt verhoogd van 4 naar 10 SCCM het wordt minder uitgesproken. In het regime van 3 SCCM is de depositie snelheid 1,1 nm/s, die abrupt daalt tot 0,...

Hier presenteren we een protocol voor niobium oxide films afzetting door reactieve sputteren met verschillende zuurstof stroomsnelheden voor gebruik als een elektron transportlaag in perovskietmodule zonnecellen.

Niobium oxide films afgezet door reactieve sputtering: effect van zuurstof debiet

Reactive sputtering is a versatile technique used to form compact films with excellent homogeneity. In addition, it allows easy control over deposition ...

In de reactieve sputtertechniek is het mogelijk om een fijne controle te hebben over de parameters die het mogelijk maakt om niobiumoxiderook te deponeren met verschillende stochiometer en voorkeur. Het belangrijkste voordeel van deze techniek is de afzetting van homogene dampen met een goede hechting over grote gebieden en tegen lage kosten en lage productiehinder. Het is belangrijk om aandacht te besteden aan elke stap en om niet overslaan.Het realiseren van hoe om te gaan met apparatuur en de uiteindelijke verschijning van de dampen helpt om een goede depositie te bereiken. Begin met het beschermen van het substraatoppervlak met een thermische tape, waardoor 0,5 cm van één kant wordt blootgesteld. Stort voldoende zinkpoeder om het gebied te dekken dat op de bovenkant van het blootgestelde fluoridedunneoxide moet worden geëtst.Laat vervolgens langzaam geconcentreerd zoutzuur vallen totdat al het zinkpoeder door de reactie wordt verbruikt. Was het substraat onmiddellijk met het geïoniseerde water. Verwijder de tape.En sonicate het substraat met zeep gedurende 15 minuten, gevolgd door twee keer in water, aceton, en isopropanol alcohol. Na het bevestigen van het substraat door een metalen schaduwmasker, plaats het substraat in de sputterkamer. Na het afdichten van de kamer, start de monteur pomp, en zet de turbo moleculaire pomp.Wanneer het vacuüm vijf keer 10 tot de negatieve vijf torr bereikt, opent u het waterkoelersysteem en schakelt u het substraatverwarmingssysteem in. Stel de temperatuur in op 500 graden Celsius en verhoog elke vijf minuten 100 graden Celsius totdat deze de gewenste waarde bereikt. Stel de argon op 40 SCCM, en de zuurstof op drie standaard kubieke centimeter per minuut.Introduceer argon in de kamer. En zet de druk op vijf keer 10 op de negatieve drie torr, en de radiofrequentie op 120 watt. Zet de radiofrequentie aan.Gebruik de impedantie matching box om de frequentie af te stemmen als dat nodig is. Als het plasma niet start, verhoogt u de druk langzaam totdat het twee keer 10 tot de negatieve twee torr bereikt. Met behulp van een poortklep die kan worden geopend of gesloten om de pompsnelheid te veranderen om de druk in te stellen.Houd het plasma gedurende 10 minuten op 120 watt om het Niobium-doel schoon te maken en elke oxidelaag in het oppervlak te verwijderen. Na stabilisatie, introduceren Zuurstof in de kamer, stel de RF-vermogen op 240 watt, en open het substraat sluiter. Start de depositie en stel de depositietijd in, om een uiteindelijke dikte van 100 nanometer te bereiken.Zodra de depositie is voltooid, sluit u de sluiter, schakelt u de radiofrequentie uit, sluit u de gassen en verlaagt u de temperatuur van het substraat. Als de temperatuur van het substraat kamertemperatuur bereikt, voert u lucht in om de omgevingsdruk opnieuw vast te stellen voordat u de kamer opent en het substraat verwijdert. Voor de bouw van zonnecellen, bescherm beide zijden van het substraat met een stuk tape en gebruik een spin coater op 4,000 rotaties per minuut gedurende 30 seconden om een mesoporeuze titaniumdioxide laag op de niobium oxide laag te deponeren.Plaats vervolgens het substraat in de oven volgens de aangegeven opwarmingsvolgorde. Wanneer de oven kamertemperatuur bereikt, gebruik de spin coater om twee lagen van de loodjodide deponeren in de titaniumdioxide laag op 6,000 rotaties per minuut gedurende 90 seconden. Het substraat op een hete plaat of 70 graden Celsius gedurende 10 minuten na elke depositie.Laat na de warmtebehandeling 300 milliliter methylammoniumjodideoplossing op de loodjodidelagen zakken en wacht 20 seconden voordat u gedurende 30 seconden draait op 4.000 rotaties per minuut. Plaats aan het einde van de spin het substraat 10 minuten op een hete plaat bij 100 graden Celsius, voordat u spiro OMetTAD-oplossing bovenop de perovskietlaag in de spincoater gedurende 30 seconden deponeert. Bewaar vervolgens de films 's nachts in de lucht om Spiro OMetTAD te oxideren.De volgende ochtend, kras de perovskiet film om de FTO bloot te leggen. Gebruik een schaduwmasker om goudcontact in een verdampermachine te deponeren met een snelheid van 0,2 angstroms per seconde totdat de dikte vijf nanometer bereikt, voordat de snelheid wordt verhoogd tot één angstrom per seconde om 17 nanometer goudcontact te verkrijgen. Dan is de cel klaar om getest te worden.In het sputteren systeem, de depositie snelheid wordt sterk beïnvloed door de zuurstofstroom, afnemen wanneer de zuurstofstroom toeneemt. Bijvoorbeeld, van drie naar vier SCCM, is er een expressieve daling van de depositie. Wanneer de zuurstof wordt verhoogd, van vier tot 10 SCCM nochtans wordt het depositietarief minder uitgesproken.De gevormde niobiumoxidefase is afhankelijk van de zuurstofstroomsnelheid en voor stromen van minder dan drie SCCM niobiumdioxide is de belangrijkste fase gevormd. Voor stromen gelijk aan of hoger dan 3,5 SCCM is het zuurstofvolume te hoog om niobiumdioxide te genereren. In plaats daarvan niobium pentoxide wordt waargenomen als de belangrijkste fase.Elektronenmicroscopie beelden tonen de nano metrische bolvormige deeltjes van de films afgezet op drie punt vijf, vier en 10 SCCM. De film die bij drie SCCM wordt afgezet, onthult daarentegen bladvormige deeltjes. De films die door reactief sputteren in verschillende zuurstofstroomtarieven worden gedeponeerd tonen verschillende elektroeigenschappen aan.De geleidbaarheid van de films neemt toe wanneer drie SCCM van zuurstof wordt gebruikt. Wanneer de zuurstofstroom wordt verhoogd tot drie punt vijf, vier of 10 SCCM, wordt een afname van de geleidbaarheid waargenomen. De prestaties van perovskiet zonnecellen hangt ook af van het gebruikte niobiumoxide.Als een cel gemaakt met elektronentransport lagen afgezet op drie punt vijf SCCM heeft de beste prestaties met de hoogste kortsluiting stroom. Vergeet niet om te controleren of alle parameters correct zijn ingesteld voordat u begint met de depositie van niobiumoxidefolies. De Niobium oxiden films kunnen ook de oorzaak zijn dat het uitstellen van chemische oplossingen.Het metaal staat echter niet toe dat verschillende stoichiometrie wordt afgezet. Is de ontwikkeling van onderdelen die analyseert hoe de geleidbaarheid van Niobium oxide dampen de prestaties van de perovskiet zonnecellen beïnvloedt. Wees voorzichtig bij het gebruik van de chemische stoffen voor de perovskietdepositie en zorg ervoor dat u alle veiligheidsregels van het laboratorium volgt.

niobium-oxide-films-deposited-reactive-sputtering-effect-oxygen-flow

Research

JoVE Journal

Chemistry

Scheikunde

We beschrijven de experimentele methode nanogestructureerde oxide dunne films te deponeren door nanoseconde gepulste laser depositie (PLD) in aanwezigheid van een achtergrondgas. Door deze methode Al gedoteerde ZnO (AZO) films, van compacte hiërarchisch gestructureerd als nano-boom bossen, worden gestort.

Fabricage van Nano-engineered transparante geleidende oxides door gepulste laser depositie

We beschrijven het gebruik van gepulste laser depositie (PLD), fotolithografie en wire-bonding technieken micrometer meervoudige oxiden apparaten. Het PLD wordt gebruikt om epitaxiale dunne films te laten groeien. Fotolithografie en wire-bonding technieken worden ingevoerd om praktische hulpmiddelen voor de meting doeleinden te creëren.

Fabricage van plaatsgebonden complexe oxiden

Verschillende procedures worden geschetst om atomair gedefinieerde templates voor te bereiden op epitaxiale groei van complexe oxide deklagen. Chemische behandeling van enkele kristallijne SrTiO 3 (001) en DYSCO 3 (110) substraten werden uitgevoerd om atomair glad, enkel beëindigd oppervlakken te verkrijgen. Ca 2 Nb 3 O 10 - nanosheets werden gebruikt om atomair gedefinieerde templates op willekeurige substraten te creëren.

Atomair gedefinieerde templates voor epitaxiale groei van complexe oxide deklagen

Dit rapport beschrijft het gebruik van een custom-built systeem om aerosol depositie van dikke lagen van yttrium ijzer granaat uit te voeren op saffier substraten bij RT. De afgezette films worden gekarakteriseerd met behulp van scanning elektronenmicroscopie profilometrie en ferromagnetische resonantie een representatief overzicht van de mogelijkheden van de techniek geven.

Vorming van Dik Dense Yttrium Iron Granaat Films Met behulp van Aerosol Deposition

Een protocol voor de synthese van spons-achtig en vouw-achtige Ni1-xNbxO nanodeeltjes door chemische neerslag wordt gepresenteerd.

Chemische neerslag methode voor de synthese van Nb2O5 bewerkt Bulk nikkel katalysatoren met hoge specifieke oppervlakte

Dunne lagen (100-1000 Å) van vanadium kooldioxide (VO2) werden gemaakt door atomische laag depositie (ALD) op saffier substraten. Na dit, de optische eigenschappen werden gekenmerkt door de metaal-isolator overgang van VO2. Van de gemeten optische eigenschappen, is een model gemaakt om te beschrijven de afstembare brekingsindex van VO2.

Atomische laag depositie van Vanadium kooldioxide en een temperatuur-afhankelijke optische Model

De synthese van hoge kwaliteit bulk en dunne film (Mg0.25(1-x)van CoxNi0.25(1-x)Cu0.25(1-x)Zn0.25(1-x)) O en (Mg0.25(1-x)Co0.25(1-x)Ni0.25(1-x)CuxZn0.25(1-x )) O entropie-gestabiliseerde stikstofoxiden wordt gepresenteerd.

Bulk en dunne Film synthese van compositioneel Variant Entropy-gestabiliseerde stikstofoxiden

Hier presenteren we een protocol om te groeien van LSMO nanodeeltjes en (Gd) BCO films op (001) SrTiO3 (STO) single-crystal substraten door radiofrequentie (RF)-sputteren.

Radiofrequentie Magnetron sputteren van GdBa2Cu3O7−δ/ La0.67Sr0,33MnO3 quasi-dubbelgelaagde Films op SrTiO3 (STO) Single-crystal substraten

Oxidematerialen vertonen veel exotische eigenschappen die kunnen worden gecontroleerd door het zuurstofgehalte af te stemmen. Hier demonstreren we de afstemming van het zuurstofgehalte in oxiden door de gepulseerde laserdepositieparameters te variëren en door postgloeiing uit te voeren. Als voorbeeld worden elektronische eigenschappen van op SrTiO3 gebaseerde heterostructuren afgestemd door groeimodificaties en gloeien.

Afstemmen van oxide-eigenschappen door zuurstofvacuümregeling tijdens groei en gloeien

Dit protocol stelt de voorbereiding van U2O5 dunne lagen verkregen in situ onder ultra hoog vacuüm. Het proces omvat oxidatie en reductie van UO2 films met atomaire zuurstof en waterstof atoom, respectievelijk.

U2O5 Film voorbereiding via UO2 afzetting door gelijkstroom sputteren en opeenvolgende oxidatie en reductie met atomaire zuurstof en waterstof atoom

Dit artikel beschrijft de groei van epitaxiale films van mg3n2 en Zn3n2 op MgO substraten door plasma-geassisteerde moleculaire straal epitaxy met N2 gas als de stikstofbron en optische groei monitoring.

Plasma-geassisteerde moleculaire straal epitaxy groei van mg3n2 en Zn3n2 dunne films

Leer niobiumoxidefilms deponeren door reactieve sputtering met variërende zuurstofdebieten. Deze methode produceert homogene lagen met goede hechting voor gebruik als elektronentransportlaag in perovskietzonnecellen.

Niobium oxide films afgezet door reactieve sputtering: effect van zuurstof debiet

Meer video's verkennen