臭氧退火工艺对薄膜性能影响的实验研究概述

臭氧退火工艺对薄膜性能影响的实验研究概述

在材料科学领域，薄膜材料因其独特的物理化学性质，在众多领域如电子器件、光学器件、传感器等有着广泛应用。而臭氧退火工艺作为一种对薄膜进行后处理的手段，能够显著影响薄膜的性能。以下将从不同薄膜材料出发，详细阐述臭氧退火工艺对其性能影响的实验研究情况。

一、臭氧退火工艺对多晶硅太阳电池薄膜性能的影响

实验背景与目的：在硅表面制备致密氧化硅薄膜可提升表面钝化质量，但常规方法工艺时间长、成本高。实验旨在采用臭氧氧化配合短时间热退火工艺制备多晶硅片表面氧化硅薄膜，以改善多晶硅太阳电池电学性能。

实验过程：运用臭氧氧化结合热退火工艺处理多晶硅太阳电池，在多晶硅片表面生成薄层氧化硅，再借助等离子体增强化学气相沉积法（PECVD）沉积叠层氮化硅。

实验结果：随着退火时间延长，多晶硅片少子寿命上升幅度增大，电池电学性能提升。确定了适宜退火处理工艺，通过该臭氧氧化退火工艺，多晶硅太阳电池效率绝对值增益超 0.5% 。这表明臭氧退火工艺能有效提升多晶硅太阳电池薄膜的性能，对提高太阳能电池转换效率具有重要意义。

二、臭氧退火工艺对 ZnO 薄膜及纳米棒性能的影响

实验背景与目的：ZnO 薄膜和纳米棒因大带隙和高兴子结合能用于 UV 光电应用，但生长的 ZnO 薄膜存在本征点缺陷，需抑制后才能应用于器件。实验对比研究 UV - 臭氧退火对 ZnO 薄膜和纳米棒光学性能的影响。

实验过程：用 RF 溅射系统沉积薄膜，水热法生长纳米棒，之后进行 UVO 退火 50 分钟。通过场发射枪扫描电子显微镜（FEG - SEM）、高分辨率 X 射线衍射（HRXRD）及室温光致发光测试等手段表征薄膜和纳米棒性能。

实验结果：FEG - SEM 确认形成高密度纳米棒；HRXRD 显示（002）晶向为所有样品主峰，退火后薄膜和纳米棒晶粒尺寸分别从 27nm、37nm 增大到 35nm、47nm；室温光致发光表明薄膜和纳米棒近带发射（NBE）增强，与未退火相比，薄膜和纳米棒 NBE 最大增强倍数分别为 6.6 倍和 3.6 倍。说明臭氧退火工艺改变了 ZnO 薄膜和纳米棒的结构与光学性能，有助于提升其在 UV 光电应用中的性能。

三、臭氧退火工艺对 SnO₂薄膜性能的影响

实验背景与目的：研究紫外线 / 臭氧（UV/O₃）辅助退火工艺对溶胶 - 凝胶法制备的 SnO₂薄膜结构、化学和电学性能的影响。

实验过程：通过 UV/O₃辅助退火处理 SnO₂薄膜，利用 X 射线光电子能谱（XPS）等手段分析薄膜性能。

实验结果：获得由非晶 SnO₂和多晶 SnO 组成的混合相 SnO₂薄膜；XPS 光谱表明 SnO₂/SnO 比率增加，作为陷阱位点的 - OH 基团数量大幅减少，导致薄膜电导率和场效应迁移率增加。UV/O₃辅助 300℃退火的 SnO₂薄膜晶体管（TFT）场效应迁移率大幅提高约 500 倍，达到 3.09 cm²/Vs。显示臭氧退火工艺显著改善了 SnO₂薄膜电学性能，对制备高性能 SnO₂基电子器件具有重要意义。

四、臭氧退火工艺对 ZnMgO 薄膜性能的影响

实验背景与目的：ZnMgO 因高带隙和室温激子发射广泛用于 UV 光电应用，研究 UV - 臭氧退火对 ZnMgO/Si UV - Vis 光电探测器瞬态行为及响应度的影响。

实验过程：制备 ZnMgO/Si UV - Vis 光电探测器，对其进行 UV - 臭氧退火处理，测量不同波长光照下探测器响应度及瞬态响应。

实验结果：经 UV - 臭氧退火后，300 nm、400 nm 和白光下响应度分别从 3 A/W、95 A/W 和 50 A/W 增加到 5 A/W、180 A/W 和 105 A/W。瞬态响应测量显示，不同波长光照下上升时间和下降时间在退火后有所变化，如 300 nm 光照下上升时间从 100 ms 降至 70 ms。表明臭氧退火工艺可提高 ZnMgO 薄膜光电探测器响应度，改变其瞬态响应特性，提升器件光电性能。

五、实验总结与展望

上述实验研究表明，臭氧退火工艺对多种薄膜材料性能有显著影响。通过改变退火工艺参数，如退火时间、温度、臭氧浓度等，可以调控薄膜的结构、光学、电学等性能，以满足不同应用场景需求。未来，一方面可深入研究臭氧退火工艺影响薄膜性能的微观机制，为工艺优化提供更坚实理论基础；另一方面，可拓展臭氧退火工艺在更多新型薄膜材料中的应用，探索其在高性能器件制备中的潜力，推动相关领域技术发展。

六、臭氧设备推荐

M1000型臭氧发生器是北京同林科技生产的高精度臭氧发生器，其核心部件为进口，特性包括臭氧浓度调节精准、气源适应性强、使用寿命长等，适用场景主要是对臭氧浓度精度要求较高的实验室场景.

3S-T10型臭氧发生器是北京同林科技生产的高浓度臭氧发生器，被广泛应用于高校和科研单位臭氧实验中。臭氧产量可达 10g/h ，浓度范围：空气源≤8mg/L，氧气源10-120mg/L。应用场景：ALD成膜、PLD薄膜制备、管式炉臭氧淬火实验.

用户包括：中科院各研究所、清华大学、北京大学、上海同济大学、复旦大学、天津大学、南开大学、北京化工大学、北京理工大学、中国矿业大学、中国石油大学、浙江大学、南京大学、南京工业大学等顶尖科研机构。