射频反应磁控溅射制备ZnO薄膜的微结构及其光学性能

采用射频反应磁控溅射技术在石英和Si衬底上制备了高度c轴择优取向的ZnO薄膜,样品的氧氩流量比分别为10:40,20:40,30:40,40:40.利用X射线衍射仪、表面轮廓仪、原子力显微镜和紫外-可见分光光度计研究了样品的微结构与光学特性.研究表明:氧氩流量比为30:40的样品结晶质量最好.所制备的ZnO薄膜的可见光平均透射率均大于87;.随着氧氩流量比的增大,薄膜的透射率呈非单调变化,氧氩流量比为30:40的样品在可见光范围的平均透射率可达93;.光学带隙随着氧氩流量比的增大,先增大后减小.与块材ZnO的带隙(3.37 eV)相比,ZnO薄膜的带隙均变窄.     

磷扩散法制备P型ZnO薄膜

应用射频反应磁控溅射的方法,将ZnO薄膜沉积于高磷掺杂的n+型Si衬底上.在沉积和后退火过程中,磷向ZnO薄膜扩散并被激活,使ZnO薄膜由n型转化为p型,从而形成p型ZnO薄膜.X射线衍射分析(XRD)证明了所制备的ZnO薄膜都是高c轴取向的六角纤锌矿结构的薄膜.电学I-V关系曲线的整流特性和空穴浓度≥1.78×1018 /cm3的霍耳效应测试结果证明了p型ZnO薄膜的形成.     

衬底温度对直流反应磁控溅射法制备的N掺杂p型ZnO薄膜性能的影响

利用直流反应磁控溅射法(纯金属锌作为靶材,Ar-N2-O2混合气体作为溅射气体)在石英玻璃衬底上制备了N掺杂p型ZnO薄膜.通过XRD、Hall和紫外可见透射谱分别研究了衬底温度对ZnO薄膜结构性能、电学性能和光学性能的影响.XRD结果显示所有制备的薄膜都具有垂直于衬底的c轴择优取向,并且随着衬底温度的增加,薄膜的晶体质量得到了提高.Hall测试表明衬底温度对p型ZnO薄膜的电阻率具有较大影响,400℃下生长的p型ZnO薄膜由于具有较高的迁移率(1.32 cm2/Vs)和载流子浓度(5.58×1017cm-3),因此表现出了最小的电阻率(8.44Ω·cm).     

直流磁控溅射工艺对ZnO薄膜结构影响的研究

ZnO是一种新型的Ⅱ-Ⅵ族直接带隙化合物材料,是一种很有潜力的短波长光电器件材料.当ZnO薄膜具有良好的c轴取向和晶格结构时,可得到优良的光电性能比如紫外光受激发射.本实验用XRD和SEM研究了工艺条件如基片温度、氩氧比及退火工艺对ZnO薄膜结构特性的影响.结果表明在基片温度250℃、氩氧比为1∶4的条件下,可得到结晶质量良好的ZnO薄膜;通过退火可以使薄膜应力得到驰豫,降低缺陷浓度,改善薄膜的结构特性.本实验采用直流磁控溅射的方法,最终在(100)硅衬底基片上制备出了高c轴取向、晶粒尺寸约70nm的ZnO薄膜.     

自然掺杂p型ZnO薄膜的螺旋波等离子体辅助溅射沉积

本工作通过调整工作气压,采用螺旋波等离子体辅助射频磁控溅射技术在Al2O3衬底上成功的制备了自然掺杂的p型ZnO薄膜.Hall测量显示在Ar/O2等离子体辅助下,随气压增加所沉积薄膜表现出从n型到p型再到n型的转变.p型ZnO薄膜载流子浓度为1.30×1016cm-3,电阻率为99.68Ω·cm,霍尔迁移率为4cm2·V-1·s-1.X射线衍射和原子力显微镜的分析结果显示ZnO薄膜的导电类型和薄膜的生长特征相关,等离子体中活性粒子载能的减小导致薄膜表面成核几率增加和ZnO晶粒逐渐减小.较高氧活性粒子浓度有利于自然掺杂p型ZnO薄膜生长,而活性氧粒子种类的变化使薄膜生长质量变差,施主缺陷增加,薄膜转化为n型导电.     

射频磁控溅射低温制备ITO薄膜

利用射频磁控溅射法低温制备铟锡氧化物薄膜,主要研究了氧氩流量比、溅射功率、溅射压强、沉积温度和靶基距等工艺参数对ITO薄膜结构和光电性能的影响.在优化的沉积条件即氧氩流量比0.1/25、溅射功率210W、溅射压强0.2 Pa、靶基距2.0 cm和衬底为100℃的低温下制备的ITO薄膜电阻率为7.3×10-4Ω·cm、可见光范围内平均透光率为89.4;.在氩气气氛中200℃低温退火60 min后,ITO薄膜的电阻率降为3.8 ×10-4Ω·cm,透光率不变.     

射频磁控溅射生长ZnO薄膜及性能研究

采用射频磁控溅射技术在玻璃衬底生长ZnO及ZnO∶ Al薄膜,通过改变氩氧比、衬底温度和溅射功率获得样品.用X射线衍射仪、紫外-可见分光光度计、扫描电子显微镜进行表征.结果发现:室温下40W的溅射功率1h的溅射时间,改变氩氧比获得样品.XRD图谱中无明显衍射峰出现;紫外可见光分光光度计测试结果显示400nm波长以下,透光率在90;以上.说明薄膜生长呈无定形.衬底温度高于200℃样品,XRD有明显(002)衍射峰出现,在400～ 800 nm波长范围,透光率在88;以上,衬底温度300℃时,XRD衍射峰半高宽最小,晶粒尺寸大.TEM显示:衬底300℃晶粒尺寸最大,晶体发育好.在200℃掺铝ZnO薄膜,(002)峰不明显,有(101)峰出现.     

氩氧比对磁控溅射ZnO薄膜的压电响应与极化特性的影响

保持总的工作气压不变,在不同氩氧比条件下,采用射频磁控溅射法在铝电极层上制备了ZnO薄膜.用X射线衍射(XRD)、原子力显微镜(AFM)和压电响应力显微镜(PFM)分析了ZnO薄膜的择优取向、表面形貌和压电响应,并通过垂直PFM(VPFM)和水平PFM(LPFM)相位图研究了ZnO晶粒的极化特性.结果表明,氩氧比对ZnO薄膜的晶体结构和压电特性有显著影响,其中在氩氧比1∶1的条件下制备的ZnO薄膜具有最大的VPFM振幅和最佳的极化取向一致性.     

衬底温度对直流磁控溅射法制备掺锆氧化锌透明导电薄膜性能的影响

利用直流磁控溅射法在石英衬底上制备出了高透明导电的掺锆氧化锌(ZnO:Zr)薄膜.研究了衬底温度对ZnO:Zr薄膜结构、形貌及光电性能的影响.XRD表明实验中制备的ZnO:Zr为六方纤锌矿结构的多晶薄膜,具有垂直于衬底方向的c轴择优取向.实验所制备ZnO:Zr薄膜的晶化程度和导电性能对衬底温度有很强的依赖性.当衬底温度为300 ℃时, ZnO:Zr薄膜具有最小电阻率7.58×10-4 Ω·cm,其可见光平均透过率超过了91;.     

氩氧流量对ZAO薄膜微结构及其光学性能影响

运用射频磁控溅射技术,改变氩氧流量比在玻璃衬底上生长ZnO∶ Al(ZAO)样品,采用XRD、紫外-可见分光光度计对薄膜微结构、厚度及其光学性能表征,结果发现:维持氩流量不变(9 sccm),随着氧流量增加(1～9 sccm),样品XRD峰强减小,半高宽增大,晶粒尺寸减小,薄膜结晶性能变差;而维持氧流量不变(9 sccm),氩流量减小(9～3 sccm),样品XRD峰强增大,半高宽减小,晶粒尺寸变大,结晶性能变好.紫外可见光光谱在400 ～ 900nm波长区间平均透射率差异大(67.9; ～91.1;);在420 ～ 900 nm波长区间平均透光率高且差异小(90.2; ～92.4;).     

Influence of oxygen/argon ratio on structural,electrical and optical properties of Ag-doped ZnO thin films

Ag-doped ZnO (ZnO:Ag) thin films were deposited on quartz substrates by radio frequency magnetron sputtering technique. The influence of oxygen/argon ratio on structural, electrical and optical properties of ZnO:Ag films has been investigated. ZnO:Ag films gradually transform from n-type into p-type conductivity with increasing oxygen/argon ratio. X-ray photoelectron spectroscopy measurement indicates that Ag substitutes Zn site (Ag_Zn) in the ZnO:Ag films, acting as acceptor, and being responsible for the formation of p-type conductivity. The presence of p-type ZnO:Ag under O-rich condition is attributed to the depression of the donor defects and low formation energy of Ag_Zn acceptor. The I–V curve of the p-ZnO:Ag/n-ZnO homojunction shows a rectification characteristic with a turn-on voltage of ∼7 V.     

p-ZnO薄膜及其异质结的光电性质

采用射频磁控溅射法,在不同的Ar∶O2条件下,以高掺磷n型Si衬底为磷掺杂源制备了p型ZnO薄膜和p-ZnO/n-Si异质结.对ZnO∶P薄膜进行了光致发光谱(PL)、霍尔参数、Ⅰ-Ⅴ特性、扫描电镜(SEM)和X射线衍射谱(XRD)等测试.结果表明,获得的ZnO∶P薄膜沿(0002)晶面高取向生长,以3.33 eV近带边紫外发光为主,伴有2.69 eV附近的深能级绿色发光峰,空穴浓度为8.982 × 1017/cm3,空穴迁移率为9.595 cm2/V·s,p-ZnO/n-Si异质结I-V整流特性明显,表明ZnO∶P薄膜具有p型导电特性.     

退火温度对CuNps@ZnO纳米复合薄膜结构与光学性能的影响

使用磁控溅射结合惰性气体冷凝的方法制备了Cu纳米粒子,通过将Cu纳米粒子沉积与ZnO离子束溅射原位复合的方法制得了CuNps@ZnO纳米复合薄膜,并研究了退火温度对CuNps@ZnO纳米粒子复合薄膜的结构和光学性能的影响.通过对样品的表征发现所得产物中存在着低温条件下难以形成的立方相、岩盐结构的ZnO.并且,样品的微观形貌、结晶性和光学性能随着退火温度的变化而发生显著地变化.     

Influence of Nucleation Conditions on the Structure of Zinc Oxide Films

Crystallography Reports - The temperature conditions of nucleation of ZnO films on surface-oxidized silicon substrates during magnetron sputtering of a cermet ZnO–Zn target in an Ar...     

Real structure of the ZnO epitaxial films on (0001) leucosapphire substrates coated by ultrathin gold layers

The real structure of ZnO films formed by magnetron sputtering on (0001) leucosapphire substrates coated by an ultrathin (less than 0.7 nm) Au buffer layer has been studied by high-resolution microscopy. It is shown that modification of the leucosapphire substrate surface by depositing ultrathin Au layers does not lead to the formation of Au clusters at the film–substrate interface but significantly improves the structural quality of ZnO epitaxial films. It is demonstrated that the simplicity and scalability of the technique used to modify the substrate surface in combination with a high (above 2 nm/s) film growth rate under magnetron sputtering make it possible to obtain high-quality (0001) ZnO epitaxial films with an area of 5–6 cm².     

溅射功率对铝铬共掺杂氧化锌透明导电薄膜特性的影响(英文)

室温下,利用直流磁控溅射法在玻璃衬底上制备了铝铬共掺杂氧化锌薄膜,研究了溅射功率(55-130 W)对薄膜结构、残余应力、表面形貌及其光电性能的影响。结果表明,ZnO(002)衍射峰的强度随着溅射功率的增大而增强,晶体结构得以改善。晶格常数、压应力和电阻率均随着溅射功率的增大而减小。当溅射功率为130 W时,制备的ZnO∶Al,Cr薄膜的最低电阻率可达1.09×10-3Ω.cm。功率由55 W增大到130 W时,光学带隙由3.39 eV增大到3.45 eV。紫外-可见透射光谱表明,所有薄膜在可见光范围内平均透过率均超过89%。     

射频溅射功率对ZnO透明导电薄膜光电性能的影响

采用磁控溅射技术在不同溅射功率下制备了ZnO薄膜.研究了薄膜的沉积速率、光电特性以及不同功率条件下制备的ZnO薄膜对HIT电池开路电压的影响.结果表明:在溅射功率为200 W时制备的薄膜,具有良好的导电性和光透过性;将其应用到HIT电池中,得到的开路电压最高.该研究对提高HIT电池性能具有一定的参考意义.     

膜厚对Zr,Al共掺杂ZnO透明导电薄膜结构和光电性能的影响

采用直流磁控溅射法在玻璃衬底上制备出Zr,Al共掺杂ZnO(AZZO)透明导电薄膜.用XRD和SEM分析和观察了薄膜样品的组织结构和表面形貌.研究表明:制备的AZZO透明导电薄膜为六角纤锌矿结构的多晶薄膜,且具有c轴择优取向.另外还研究了薄膜的结构、光学和电学性质随薄膜厚度的变化关系.当薄膜厚度为843 nm时,电阻率具有最小值1.18×10~(-3) Ω·cm,在可见光区(500～800 nm)平均透过率超过93;.