【摘 要】
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随着半导体薄膜材料的快速发展,功能性金属氧化物纳米薄膜在多个领域有着广泛的应用,作为薄膜材料常用的制备方法,磁控溅射法受到操作参数的影响,容易使薄膜的组成元素的配比发生变化,从而导致薄膜的光电性能产生相应的差异。铜铟镓硒(Cu(In1-x,Gax)Se2,CIGS)薄膜太阳能电池的功能层以及新型宽带隙半导体透明导电薄膜材料（Al-In-Sn-O,AITO）在制备的过程中,Ga/（In+Ga）、Cu
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随着半导体薄膜材料的快速发展,功能性金属氧化物纳米薄膜在多个领域有着广泛的应用,作为薄膜材料常用的制备方法,磁控溅射法受到操作参数的影响,容易使薄膜的组成元素的配比发生变化,从而导致薄膜的光电性能产生相应的差异。铜铟镓硒(Cu(In1-x,Gax)Se2,CIGS)薄膜太阳能电池的功能层以及新型宽带隙半导体透明导电薄膜材料（Al-In-Sn-O,AITO）在制备的过程中,Ga/（In+Ga）、Cu/（In+Ga）、Al/（Al+In+Sn）与Sn/（Al+In+Sn）的浓度比对薄膜的光电性能影响较大。一些常用的元素分析方法都或多或少存在一些不足,难以满足实时、快速、简便操作的要求。激光诱导击穿光谱（Laser-Induced Breakdown Spectroscopy,LIBS）技术通过收集脉冲激光与待检测物质相互作用产生的瞬态等离子体,分析等离子体发射光谱中的特征谱线,实现对待检测物质元素成分与浓度的分析技术。LIBS技术凭借其自身的快速实时、无需样品预处理、多元素同时分析、微损等多种优势,作为一种新兴的成分分析技术在多个领域都有着广泛的应用。针对传统分析方法在功能性金属氧化物薄膜材料分析中存在的一些不足,本论文研究了基于LIBS技术的金属氧化物纳米薄膜中元素分析方法。使用纳秒激光诱导击穿光谱（Nanosecond-LIBS,NS-LIBS）技术对CIGS薄膜进行了初步的实验探索,对NS-LIBS实验装置的相关参数进行优化,使用磁控溅射的方法制备了不同溅射条件下的CIGS薄膜样品,通过对比不同样品的成分比例、透过率、禁带宽度等与获得的CIGS薄膜的光谱数据,实验思路的可行性得到了验证,在CIGS薄膜的光电性能与获得的目标元素的分析谱线之间建立起直接的联系;使用皮秒激光诱导击穿光谱技术（Picosecond-LIBS,PS-LIBS）对多层CIGS薄膜进行深度剖面分析,获得了不同激光烧蚀次数下的谱线强度演化趋势。使用PS-LIBS对AITO薄膜进行了快速LIBS微分析研究,产生的烧蚀坑洞的直径大约是50微米,对关键元素的浓度比Al/（Al+In+Sn）进行定量分析研究,目标元素的分析谱线演化趋势与使用EDS数据的演化趋势一致,线性拟合效果均大于0.99,使用Boltzmann斜线法计算等离子体温度为5063 K,电子密度经计算为4.6×1016 cm-3。通过大量实验数据的累积,分别对CIGS、AITO两种样品进行了目标元素浓度比的综合定量分析研究,将单一溅射条件下的定标曲线进行融合,获得了多变量条件下的综合定标曲线,并使用任意条件制备的两种样品分别对几种元素浓度比的综合定标曲线的准确性进行验证,二者存在的误差均在4.5%以下。
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