喷镀氧化锰薄膜的结构、光学和电学性能研究gydF4y2Ba

摘要gydF4y2Ba

以醋酸锰为前驱体溶液，通过热解分解在玻璃基板上制备氧化锰薄膜。在200、250、3000C三种不同温度下沉积MnO2薄膜。沉积膜为无定形多孔膜，厚度为200 ~ 300nm。薄膜随后在空气中于5000℃下退火2小时。研究了二氧化锰的结构、光学和电学性质。x射线衍射图证明了具有立方结构的多晶薄膜。通过电阻率和热电(TEP)功率测量对其电性能进行了研究。电阻率研究采用双探头法进行。TEP研究表明，薄膜具有n型导电性。光吸收数据被用来确定(间接)带隙能量，发现带隙能量随温度的升高而增加gydF4y2Ba

关键字gydF4y2Ba

喷雾热解技术(SPT)，氧化锰薄膜，表征。gydF4y2Ba

介绍gydF4y2Ba

氧化锰(MnOgydF4y2Ba_2gydF4y2Ba)是过渡金属氧化物。它是黑色的，用作氧化剂、电化学催化剂。gydF4y2Ba1gydF4y2Ba]、电极材料[gydF4y2Ba2gydF4y2Ba，gydF4y2Ba3.gydF4y2Ba］．MnOgydF4y2Ba_2gydF4y2Ba采用真空热蒸发等几种技术沉积不同结构的金属[gydF4y2Ba4gydF4y2Ba]， m°cvd [gydF4y2Ba5gydF4y2Ba]，溶胶-凝胶[gydF4y2Ba6gydF4y2Ba]、喷雾热解[gydF4y2Ba7gydF4y2Ba］．不同结构的氧化锰(MnO, MngydF4y2Ba_2gydF4y2BaOgydF4y2Ba_3.gydF4y2Ba, MnOgydF4y2Ba_2gydF4y2Ba和锰gydF4y2Ba_3.gydF4y2BaOgydF4y2Ba_4gydF4y2Ba)通常是通过改变起始化学前驱体的煅烧条件来制备的。它们也可以通过改变煅烧的温度和气氛(真空或空气、氧气、氢气等)来相互制备[gydF4y2Ba5gydF4y2Ba］．MnOgydF4y2Ba_2gydF4y2Ba采用气动喷雾热解技术在不同温度下在玻璃基板上制备了薄膜，并对其结构、光学和电学性能进行了研究。（gydF4y2BaFig.1.1gydF4y2Ba）.gydF4y2Ba

实验公关°出场gydF4y2Ba

MnOgydF4y2Ba_2gydF4y2Ba采用典型的喷雾热解技术在玻璃基板上生长薄膜。将适量的前驱体粉末(醋酸锰)在室温下溶于甲醇中制备喷涂溶液，gydF4y2Ba

然后用压缩空气以1kg /cm2的压力将该溶液雾化到超声清洗过的玻璃基板上。所述喷雾液滴经溶剂蒸发、溶质冷凝和热分解形成氧化锰薄膜。发生的化学反应由下面的方程给出，gydF4y2Ba

通过热电偶作为温度控制器的传感器，将衬底温度保持在200°C, 250ºC和300ºC(±2ºC)。喷淋速率为12cc/min。载气流速恒定为15 lit/min。gydF4y2Ba

结果与讨论gydF4y2Ba

结构分析gydF4y2Ba

MnO的结构鉴定gydF4y2Ba_2gydF4y2Ba用x射线衍射仪(Philips PW1710)对醋酸锰在不同衬底温度下的薄膜进行了x射线衍射，其CuKα辐射(λ=1.5406 Å)。样品T1、T2、T3的衍射图如图所示gydF4y2Ba图1.2gydF4y2Ba。观察到的XRD谱图与JCPDS数据进行了比较[gydF4y2Ba8gydF4y2Ba］．观察到的d '值与标准d '值吻合良好，并且观察到所有样品都呈现出对应于(104)，(001)，(311)，(400)平面的峰值。某些峰的位移的存在是由于晶体中存在的内部应变，这是由于成分的不成比例排列造成的[gydF4y2Ba9gydF4y2Ba］．与JCPDS数据的比较证实了Mn(OH)的形成。gydF4y2Ba_2gydF4y2Ba和MnOgydF4y2Ba_2gydF4y2Ba。标准和观测值与相应的(hkl)平面列于gydF4y2Ba表1gydF4y2Ba。gydF4y2Ba

在较低温度200℃下制备的样品T1由Mn(OH)2相组成，表明醋酸锰的热分解不完全。结果与TGA分析结果一致。还观察到MnO的突出gydF4y2Ba_2gydF4y2Ba相随着沉积温度的升高而改善。在250℃下制备的薄膜由Mn(OH)2和λ- MnO混合相组成gydF4y2Ba_2gydF4y2Ba在300℃下制备的薄膜由λ- MnO组成gydF4y2Ba_2gydF4y2Ba阶段。gydF4y2Ba

透光率分析gydF4y2Ba

通过光吸收和透光率研究对膜进行了进一步的分析。在400 ~ 800 nm波长范围内，用紫外光谱仪测定了薄膜的光吸收密度αt随波长λ的变化。进一步分析该光学数据，计算MnO的带隙能gydF4y2Ba_2gydF4y2Ba使用关系的样本，gydF4y2Ba

在αgydF4y2Ba_ogydF4y2Ba-常数，ν-光子能量，EgydF4y2Ba_ggydF4y2Ba-带隙能gydF4y2Ba

N = 1/2为直接允许跃迁gydF4y2Ba

N = 2为间接允许过渡gydF4y2Ba

Fig.1.3gydF4y2Ba(αhν)的变化gydF4y2Ba^2gydF4y2BaVs (hν)的所有样本和gydF4y2Bafig.1.4gydF4y2Ba(αhν)的变化gydF4y2Ba^1/2gydF4y2BaVs (hν)。图中直线部分的外推(αhν)gydF4y2Ba^2gydF4y2Bav (hν)到零的吸收系数给出了直接带隙能值和外推图(αhν)gydF4y2Ba^1/2gydF4y2Bav (hν)为间接带隙能。发现样品的间接带隙随温度的升高而增大。与其他样品相比，250°C时样品的直接带隙能量最小。透光率随衬底温度的升高而增加，如图gydF4y2Ba图1.5gydF4y2Ba。透射率与波长的测量采用UV-VIS- NIR分光光度计(日立330型)。gydF4y2Ba

厚度测量gydF4y2Ba

采用Taylor-Hobson 's Talystep仪测量了沉积膜(T1-T3)的厚度。薄膜厚度随衬底温度的变化如图gydF4y2Ba图1.6gydF4y2Ba。从图中可以看出，薄膜厚度随着衬底温度的升高而不断减小。这种行为是由于初始产物在到达底物之前的蒸发速率随着底物温度的升高而增加。gydF4y2Ba

电气性能gydF4y2Ba

电阻率gydF4y2Ba

本研究采用双探头法测量325 K ~ 550 K温度范围内的直流电阻率。胶片上涂了银以确保欧姆接触。雷竞技网页版电池充电(30v, 6A)使电流通过薄膜。采用铬-铝热电偶测量温度。gydF4y2Ba

在沉积的氧化锰薄膜的电阻率测量中观察到波动。因此，将沉积的衬底在5000C下加热2小时并进行计算。在三个研究的沉积温度中，这引起了2500C样品的最大电阻率。所有薄膜的电阻率随温度的升高而降低，表明MnO的半导体性质gydF4y2Ba_2gydF4y2Ba。gydF4y2Ba

计算了其室温电阻率为105 Ω cm数量级。所有样品的室温电阻率值汇总如表2所示。在325 K至550 K范围内，所有样品的电阻率与温度的关系如图2所示gydF4y2Ba图1.7gydF4y2Ba。利用关系式计算活化能:gydF4y2Ba

Ea值如表2所示。Ea随衬底温度无系统变化。gydF4y2Ba

热电功率(TEP)测量gydF4y2Ba

热电功率是热产生的电动势与半导体上的温差之比。它给出了载流子浓度和导电机理的信息。在325 - 550 K的温度范围内测量了所有样品的电动势作为温度的函数。所有样品的TEP由实验数据确定的线性变化斜率计算gydF4y2BaTable.2gydF4y2Ba所有样本的线性变化如图所示gydF4y2Ba图1.8gydF4y2Ba。由于沉积的氧化锰薄膜的非晶态和多孔结构，使得TEP测量出现波动。样品在5000C退火2小时后在2500C下沉积，在所有研究样品中得到最大TEP。半导体中的热生成电子从热端向冷端迁移，热端热生成电压的极性对所有样品都为正，表明薄膜具有n型导电性。gydF4y2Ba

结论gydF4y2Ba

MnOgydF4y2Ba_2gydF4y2Ba采用喷雾热解技术制备薄膜。结构分析揭示了薄膜的立方体性质;还观察到MnO的突出gydF4y2Ba_2gydF4y2Ba相随着沉积温度的升高而改善。材料的间接带隙能随温度的升高而增大。电阻率随温度的升高而降低，表明沉积薄膜具有半导体性质。与其他较低的沉积温度相比，在3000C下沉积的热电功率值较低。gydF4y2Ba

致谢gydF4y2Ba

对物理系、希瓦吉大学、Kolhapur、Brahmdevdada Mane理工学院、Solapur和大学的全体工作人员的合作表示衷心的感谢。作者还感谢了Kolhapur Shivaji大学科学与仪器中心(USIC)和公共设施中心(CFC)工作人员的帮助。gydF4y2Ba

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