半导体薄膜材料表面结构形貌及润湿性能控制研究

《半导体薄膜材料表面结构形貌及润湿性能控制研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、摘要润湿性能是固体表面的重要特征之一，它是由表面的化学组成和微观几何结构共同决定的。无论是在科学技术发展还是在工程技术应用中，润湿都是一种非常重要的现象，具有特殊润湿性和可控润湿性材料一直是人们关注的热点，最典型的如超疏水材料(接触角大于1500)在窗户和天线的防水防雾防雪防霜、汽车挡风玻璃和大型建筑物可视窗体的自清洁、以及生物及化学分析芯片的微流体控制等领域已经或者即将发挥极大的作用。近几年，超疏水材料的研究取得了巨大的进步，表面结构形貌控制是最重要的手段之一，但是很多材料在获得超疏水特性的同时，却丧失了其本身的许多优良特性，尤

2、其是光学和电学性能，因而丧失材料的应用价值；其次，材料表面的超疏水特性的获取虽然得到了较为合理的解释，决定因素之一就是粗糙尺度，然而粗糙结构参数具体如何影响表面固．液交互特性及其中差异却缺乏足够的研究和理论支撑。考虑以上两点，研究对象以及方法的选择的合理性和科学性显得尤其重要。作为一种经济适用并且环境友好的II．IV族半导体材料，氧化锌薄膜因其众多优良的光学、电学、机械特性而引起广泛研究兴趣，因此，若能辅之以特殊的润湿性能，氧化锌薄膜必将发挥更大的优势，成为实现具备响应特性、透明导电特性及超疏水特性多功能薄膜的理想选择。本文采用磁

3、控溅射法及等离子辅助沉积法在普通玻璃和单晶硅表面分别获得了具有不同表面形貌特征的氧化锌薄膜，通过优化工艺条件，对氧化锌薄膜表面结构进行调控，获得了润湿性能从亲水到超疏水范围变化，并且光学及电学性能可控的多功能氧化锌薄膜，系统地研究了工艺参数对氧化锌薄膜的表面结构生长及其润湿性能的影响，以及不同尺度结构形貌对液滴在固体表面动态的交互润湿行为的影响机制。最后，我们还对II一Ⅳ化合物半导体薄膜表面润湿性能控制做了一些扩展性的研究，通过结构形貌控制，在本征亲水硫化镉薄膜表面获得了超疏水特性。本论文的主要的研究工作进展如下：1．通过磁控溅射

4、法制备出了结晶性能良好的氧化锌薄膜，并通过调控溅射工艺初步对表面润湿性能实现小范围调制；北京工业大掌工学坝士学位论文2．为了实现多种特性的同时控制，进一步改进使用两步法工艺(溅射及等离子辅助沉积+热氧化)，不仅实现了前驱体锌膜生长及形貌控制，获得了表面由一维纳米金属锌材料构建的薄膜表面；并且通过对热氧化参数的控制，实现了锌／氧化锌薄膜的大范围的光学电学性能可控性，同时获得和维持表面的超疏水特性；3．对氧化锌薄膜表面的静态和动态润湿行为进行了较为系统的研究，提出了能够有效解释同种静态润湿行为下具备不同固液动态交互作用行为的表面润湿三

5、相线分散模型，揭示了多重及单重粗糙结构对超疏水表面水珠滚动行为的内在的影响机制；4．作为对II．Ⅳ族化合物半导体材料的补充，对响应型超疏水薄膜的研究进行了扩展性探讨。通过使用简单有效的微波辅助化学浴沉积法，制备出了具有微纳结构的多孔超疏水薄膜，并系统的研究了化学浴沉积的整个薄膜生长过程，探讨了沉积的机制，并且把响应型薄膜研究扩展到硫化物体系。关键词润湿控制；氧化锌薄膜；动态超疏水；形貌控制；透明导电IIABSTRACTThewettabilityofsolidsurfacesisaveryimportantproperty,whi

6、chisgovernedbyboththechemicalcompositionandthegeometricalmicrostructureofthesurface．Specialandeasilycontrollablewettabilityofsolidhasattractedmuchinterestbecauseitwillbringgreatconvenienceonourdailylife嬲wellasinmanyindustrialandagriculturalprocesses，forexample，super-h

7、ydrophobicsurfaces(watercontactangle(CA)largerthan150。)haveorwillplayanimportantroleinpreventionofadhesionofsnowtoantennasandwindows，self-cleaningtrafficindicators，cellmotility,etc．Inrecentyears，theresearchonsuperhydrophobicmaterialshasbeenmadeagreatprogress．However,t

8、herealizationofsuperhydrophobicityalsoinducesthelossofmanyimportantpropertieslikevisibletransmittanceandconductivityoffilmma