In掺杂ZnO薄膜的制备及其白光发射机理

采用溶胶-凝胶法在Si衬底上制备了本征ZnO薄膜和In:(Zn+In)分别为5%,8%,10%的ZnO薄膜,对薄膜的晶相结构和光电性质进行了表征并在CIE-XYZ表色系统中计算了不同样品的色品坐标.结果表明:In掺入后ZnO薄膜的择优生长方向由(002)面变为(101)面且面间距变小,当In掺杂量为5%时,In原子完全替代Zn原子;薄膜的电阻率随In含量的增加出现先抑后扬的趋势;随着In的掺入光谱的紫外发射峰红移,并在670 nm左右出现一个新的峰值;In:(Zn+In)为5%样品具有白光发射特性.从第一 关键词： In掺杂ZnO薄膜 溶胶-凝胶 色品坐标 白光发射     

CVD法制备ZnO薄膜生长取向和表面形貌

利用具有特定温度梯度的CVD设备,以锌粉和氧气为原料,在Si(100)衬底上制备了ZnO薄膜。研究发现,锌粉中加入某些氯化物后可以改变ZnO薄膜的生长取向。用FESEM观察ZnO薄膜的表面形貌,发现Zn和氯化物的量比为1∶1时,生长的ZnO薄膜表面晶粒呈菱形或三角形({101}面),当二者的量比为10∶1时薄膜表面晶粒呈六棱台形({001}面)。XRD分析结果证实,前者只观察到(101)和(202)衍射峰,而后者出现(002)衍射峰且其强度大于(101)衍射峰。改变衬底或温度后得到的结果相同。因此,作者认为氯化物改变薄膜生长取向的现象与衬底和生长温度无关,添加的氯化物起到降低ZnO{101}面表面能的作用,随着氯化物浓度的增加,薄膜从沿[001]方向生长逐渐转向沿[101]方向生长。     

不同参数溅射的ZnO薄膜硫化后的特性

采用直流反应磁控溅射法在玻璃和石英衬底上沉积了ZnO薄膜, 然后将它们在H^２S气流中 硫化得到ZnS薄膜．用x射线粉末衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和UV-VIS透过光谱对Zn S薄膜样品进行了分析．结果表明, 该ZnS薄膜为六角晶体结构, 沿(002)晶面择优取向生长, 其结晶状态和透过光谱与工作气压、Ar/O^２流量比密切相关. 当气压高于1Pa 时, 得 到厚度很小的ZnS薄膜; 而气压低于1Pa时, 沉积的ZnO薄膜则不能全部反应生成ZnS. 另外, 当Ar/O^２流量比低于4∶1或高于4∶1时, 结晶状态都会变差. 此外, 由于ZnS薄 膜具有高 的沿(002)晶面择优取向的生长特性, 使得退火或未退火ZnO薄膜硫化后的晶粒尺寸变化很小 . 关键词： ZnS薄膜 磁控溅射 ZnO硫化 太阳电池     

电化学方法制备ZnO纳米颗粒掺杂类金刚石薄膜及其场发射性能研究

采用液相电化学沉积技术制备了ZnO纳米颗粒掺杂的类金刚石(DLC)薄膜, 研究了ZnO纳米颗粒掺杂对DLC薄膜场发射性能的影响. 利用X射线光电子能谱、透射电子显微镜、Raman光谱以及原子力显微镜分别对薄膜的化学组成、 微观结构和表面形貌进行了表征. 结果表明: 薄膜中的ZnO纳米颗粒具有纤锌矿结构, 其含量随着电解液中Zn源的增加而增加. ZnO纳米颗粒掺杂增强了DLC薄膜的石墨化和表面粗糙度. 场发射测试表明, ZnO纳米颗粒掺杂能提高DLC薄膜的场发射性能, 其中Zn与Zn+C的原子比为10.3%的样品在外加电场强度为20.7 V/μm时电流密度达到了1 mA/cm². 薄膜场发射性能的提高归因于ZnO掺杂引起的表面粗糙度和DLC薄膜石墨化程度的增加.     

低温电化学沉积ZnO薄膜及光学性质

利用阴极还原沉积原理,在水浴65℃的Zn(NO3)2水溶液中,以金属锌片为衬底电沉积制备了ZnO薄膜。采用拉曼光谱和低温光致发光谱(LTPL)对ZnO膜的光学性质进行了表征。实验表明,较小电沉积过电位制备的样品没有明显的与富锌缺氧有关的580cm-1附近的拉曼峰,呈现373nm的紫外光致发光峰,说明较小的电沉积过电位有利于高晶体质量的ZnO膜生长。     

ZnO薄膜的自组织设计及形貌控制

采用单源化学气相沉积(SSCVD)法,在Si(100)基片上通过改变前驱反应体与基片的入射角度,获得了可控柱状取向的ZnO薄膜.研究发现,入射角度的改变可使沉积薄膜中的柱状结构的生成方向倾斜.但X射线衍射(XRD)分析表明:ZnO薄膜的c轴(002)取向与入射角无关,且不沿ZnO柱状结构的生长方向取向.由于ZnO的(002)面为其表面自由能最低且原子密度高的晶面,ZnO薄膜的生长更易于在垂直于基片表面的方向c轴取向生长.     

p型未掺杂富锌ZnO薄膜的形成和性能研究

以高纯ZnO为靶材,氩气为溅射气体,利用射频磁控溅射技术在石英衬底上生长出纤锌矿结构的富锌ZnO薄膜.薄膜沿(002)择优取向生长,厚约为1.2μm,呈现电绝缘特性.将溅射的ZnO薄膜在10-3Pa,510~1 000 K的温度范围等温退火1 h,室温Hall测量结果表明ZnO薄膜的导电性能经历了由绝缘—n型—p型—n型半导体的变化.XPS测试表明ZnO薄膜的Zn/O离子比随退火温度的升高而降低,但一直是富锌ZnO,说明未掺杂的富锌ZnO也可以形成p型导电.p型未掺杂富锌ZnO薄膜的形成可归因于VZn受主浓度可以克服VO和Zni本征施主的补偿效应.     

磁控反应溅射制备择优取向氮化铝薄膜

以氮气为反应气体，采用磁控反应溅射方法制备了择优取向的氮化铝薄膜．通过XRD测试发现．靶基距、溅射气压影响薄膜的择优取向：大的靶基距及高的溅射气压利于（100）面择优取向，小的靶基距和低的溅射气压利于（002）面择优取向．通过对沉积速率的分析发现．高的沉积速率利于（002）面择优取向，低的沉积速率利于（100）面择优取向．研究结果表明：沉积速率影响了核在衬底表面的生长方向，从而影响了各晶面的生长速度．最终决定薄膜的择优取向．     

Na-Mg共掺杂ZnO薄膜的结构和光学性质

利用溶胶-凝胶法,在普通载玻片上使用旋转涂膜技术制备了具有c轴择优取向生长的Na-Mg共掺杂的ZnO薄膜。用XRD、SEM、光致发光(PL)及透射光谱对薄膜样品进行了表征。结果表明:Na-Mg共掺杂有利于ZnO薄膜的c轴择优取向生长,并且随着Na+掺杂浓度的增加,晶粒尺寸先增大后减小;通过比较不同掺杂浓度ZnO薄膜的PL谱,推测发光峰值位于380nm的紫外发射与ZnO的自由激子复合有关;发现掺入Mg的确能使ZnO禁带宽度增大,掺杂组分为Na0.04Mg0.2Zn0.76O时,其PL谱只有一个很强的紫光发射峰,其近带边紫外光发射强度较未掺杂的ZnO增强了近10倍,极大地提高了薄膜紫外发光性能;并且随Na+浓度增加薄膜透光性减弱。     

Co,Sn共掺ZnO薄膜结构与光致发光的研究

采用溶胶-凝胶旋涂法在玻璃衬底上制备了Co,Sn掺杂ZnO系列薄膜.通过金相显微镜和X射线衍射(XRD)研究了Co与Sn掺杂对薄膜的表面形貌和微结构的影响.XRD结果表明,所有ZnO薄膜样品都存在(002)择优取向,特别Sn单掺ZnO薄膜的c轴择优取向最为显著,而且晶粒尺寸最大.XPS测试表明样品中Co和Sn的价态分别为2+和4+,证实Co²⁺,Sn⁴⁺进入了ZnO的晶格.室温光致发光谱(PL)显示在所有的样品中都有较强的蓝光双峰发射和较弱的绿光发 关键词： ZnO薄膜 溶胶-凝胶 掺杂 光致发光     

射频反应磁控溅射法退火生长Na-N共掺杂p-ZnO薄膜

采用射频反应磁控溅射法退火生长得到了Na-N共掺杂p-ZnO薄膜。XRD测试结果表明,退火前后均得到c轴择优取向的ZnO薄膜。Hall测试结果表明:退火后薄膜的电学性能明显改善,得到了p-ZnO薄膜,退火温度为450℃时取得最佳电学性能:室温电阻率为139.2Ω.cm,迁移率为0.2cm2.V-1.s-1,空穴浓度为2.5×1017cm-3。XPS分析表明:Na掺入ZnO中作为受主NaZn而存在,N主要以N—H键的形式存在,其受主NO的作用不明显,但是否存在NaZn-NO受主复合体,还需进一步的研究。     

Crystalline structure and morphological properties of undoped and Sn doped ZnO thin films

Undoped and tin (Sn) doped ZnO thin films have been prepared by spray pyrolysis method. Effect of Sn dopant on the crystalline structure and morphological properties of ZnO thin films has been investigated by X-ray diffraction (XRD) and scanning electron microscopy (SEM) method. XRD patterns confirm that the films have polycrystalline nature. While undoped ZnO film has (101) as the preferred orientation, Sn doped ZnO thin films have (002) as the preferred orientation. Grain sizes, lattice parameters and texture coefficient values of the films were determined. Microstructure was analyzed by SEM and the influence of the doping concentration in the microstructure of the films is investigated.     

Spectroscopic Ellipsometry Study on Surface Roughness and Optical Property of AZO Films Prepared by Direct-Current Magnetron Reactive Sputtering Method

All as-deposited AZO films by direct current magnetron reactive sputtering （DC-MS） exhibit ZnO characteristic （002） and （103） diffraction peaks. Especially, AZO films prepared at 200℃ show a strongest （002） c-axis pref- erential orientation due to the minimum stress along the （002） orientation. The results show that larger stress easily induces a rougher surface. The film real and imaginary parts of dielectric constants show a sharp changes near the optical absorption edge due to the interband direct transition. The film blue and red shifts of the optical absorption edge can be explained in terms of the change of Free-electron concentration in as-deposited AZO films.     

Ni掺杂ZnO薄膜的结构与光学特性研究

使用射频磁控溅射法成功制备了不同掺杂浓度（0—7at.%）的ZnO:Ni薄膜.X射线衍射的θ-2θ和摇摆曲线扫描结果表明,5at.%Ni掺杂ZnO薄膜具有沿c轴方向最佳的择优取向生长特性,（002）衍射峰向大角度方向移动揭示了Ni杂质被掺入ZnO晶格中占据Zn位.ZnO:Ni薄膜具有较好的可见光透明特性,拟合发现薄膜的光学带隙随Ni掺杂量的增加由3.272 eV线性降低到3.253 eV.未掺杂薄膜在550 nm处呈现出一个绿色发光峰,掺入Ni杂质后薄膜主要表现了以430 nm为中心的蓝色发光,分析认为它们分别源于薄膜中O空位和Zn填隙缺陷发光. 关键词： ZnO:Ni薄膜 结构特性 光学带隙 光致发光     

电沉积法制备ZnO纳米柱及其机制研究

采用阴极还原方法,以Zn(NO₃)₂水溶液为电解液制备ZnO纳米柱。分析了不同沉积电位和不同沉积时间的缓冲层对ZnO纳米柱的密度、形貌及取向的影响。通过分析缓冲层在不同沉积时间下的电流密度变化,研究了缓冲层对ZnO纳米柱密度影响的机理。利用扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射(XRD)分析了样品的表面形貌及结构。研究结果表明,缓冲层能够增加ZnO纳米柱的密度及c轴的取向性,当缓冲层的沉积时间为60 s时,可以得到密度最大、取向最好的ZnO纳米柱。     

基于SSCVD方法的a-b轴取向ZnO薄膜制备

以Zn₄(OH)₂(O₂CCH₃)₆·2H₂O为单一固相有机源,采用单源化学气相沉积法(Single sour cechem icalvapor deposition,SSCVD)在Si(100)衬底上制备ZnO薄膜,用X射线衍射(XRD)、原子力显微镜(AFM)分析ZnO薄膜样品的晶体结构和微观形貌,并用X射线光电子能谱(XPS)对薄膜的锌氧化学计量比进行了分析。研究结果表明:在非平衡条件下所得到的ZnO薄膜沿a-b轴取向生长,基片温度对ZnO薄膜生长过程影响较大,随着基片温度的升高,薄膜呈现c轴生长趋势;晶粒成柱状、尺寸均匀、膜层结构致密;薄膜样品中n_Zn:n_O=0.985。     

铟磷共掺杂p型氧化锌薄膜形成机理和性质

利用射频磁控溅射在石英衬底上生长出铟磷共掺氧化锌薄膜(ZnO ∶ In,P),所用靶材为掺杂五氧化二磷(P₂O₅)和氧化铟(In₂O₃)的氧化锌(ZnO)陶瓷靶,掺杂质量分数分别为1.5%和0.3%,溅射气体为Ar和O₂的混合气体。原生ZnO薄膜是绝缘的, 600 ℃退火5 min后导电类型为n型,而800 ℃退火5 min后为p型。p型ZnO薄膜的电阻率、载流子浓度和霍尔迁移率分别为12.4 Ω·cm, 1.6×10¹⁷ cm^-3 和3.29 cm²·V^-1·s^-1。X射线衍射测量结果表明所有样品都只有(002)衍射峰,并与相同条件下生长的未掺杂ZnO相比向大角度方向偏移,意味着In和P都占据Zn位。XPS测试结果表明在共掺ZnO薄膜中P不是取代O而是取代Zn。因此,铟磷共掺ZnO薄膜中,In和P都取代Zn,并且P_Zn与2个锌空位(V_Zn)形成P_Zn-2V_Zn复合受主,薄膜表现为p型。     

常压化学气相沉积法在Ag/Si(111)模板上生长ZnO薄膜及其性能研究

在Si衬底上利用磁控溅射的方法沉积1.5 nm厚度的Ag膜用以阻挡Si衬底被氧化。采用常压金属有机化学气相沉积法(MOVCD),在Ag/Si(111)衬底上成功地生长出马赛克结构的ZnO薄膜。用光学显微镜观察表面形貌,结果显示有带晶向特征的微裂纹,裂纹密度为100 cm-1。依据X射线晶体衍射的结果,薄膜结晶质量良好,呈C轴高度择优取向。用双晶X射线衍射得到(002)面的ω扫描半峰宽为1.37°。温度10 K时光致发光谱(PL)观察到自由激子、束缚激子发射及它们的声子伴线。结果表明,金属有机化学气相沉积法方法在Si(111)衬底上制备ZnO薄膜时,Ag是一种有效的缓冲层。     

(Li,Cu)掺杂ZnO薄膜的发光性质

利用溶胶-凝胶(Sol-gel)法在n型si(100)衬底上制备(Li,Cu)掺杂ZnO薄膜,研究了室温下薄膜的结构、形貌和光致发光性能.研究结果表明,随着Li掺杂浓度的增加,可见光发光强度增加,可见光发射可能是源于单电离氧窄位到价带顶以及单电离氧空位到Li替位Zn(Lizn)受主跃迁的双重作用.与此类似,Cu掺杂Zn...