【国际论文】喷雾热解法制备的纳米结构复合宽带隙金属氧化物薄膜的拓扑结构与润湿性之间的相互关系

摘要

        研究了通过喷雾热解法制备的纳米结构宽禁带氧化物薄膜的拓扑特征（如从原子力显微镜（AFM）推导的表面粗糙度）与润湿性特征（通过水滴在表面上的接触角表示）之间的相互关系，涵盖了多种成分。研究发现，在纳米复合物 (In₂O₃)_1−x(MgO)_x , (In_1−xGa_x)₂O₃ 和 Zn_1−xMg_xO 薄膜中，表面粗糙度和接触角之间存在直接关系，且随着x值的增加，两者均呈上升趋势。另一方面，在掺锗的 ITO 薄膜中，发现随着 Ga 掺杂量的增加，表面粗糙度增加，而接触角则下降。在 Ga₂O₃ 薄膜中，当它们与 Al₂O₃ 合金化时，表面粗糙度和接触角均表现出增加的趋势，与其他纳米复合薄膜类似。对于由 Ga₂O₃ 和 SnO₂ 组成的纳米复合薄膜，揭示了逆向关系。相较于 Ga₂O₃ 薄膜，(Ga₂O₃)_0.75(SnO₂)_0.25 薄膜的接触角较大，而表面粗糙度较低，类似于 ITO 薄膜。接触角的最大值为 128°，出现在 x 值为 0.8 的(In₂O₃)_1−x(MgO)_x 薄膜中，而 Ga_1.75Al_0.25O₃ 薄膜显示出最大的 RMS 粗糙度（20 nm）。此外，采用光学吸收光谱法分析了制备薄膜的光学性质，展示了它们的带隙变化范围为(4到4.85) eV，属于中紫外光谱范围。

图 1. 喷雾热解过程示意图。

图 2. 沉积氧化物薄膜的原子力显微镜形貌图（5 × 5 μm²）： In_0.24Sn_0.12O_0.64(a) 和 In_0.18Sn_0.04Ga_0.16O_0.62 (b)、In_1.6Ga_0.4O₃ (c) 和 In_1.6Ga_0.4O₃ (d)、In_1.0Mg_0.5O_2.0 (e) 和 In_0.4Mg_0.8O_1.4 (f)、Zn_0.8Mg_0.2O (g) 和 Zn_0.4Mg_0.6O (h)、Ga₂O₃ (i) 和 Ga_1.75Al_0.25O₃ (j)。

DOI：

doi.org/10.3390/app15052381