氧化锌纳米颗粒薄膜的近紫外电致发光特性研究

利用溶胶-凝胶法(sol-gel method)制备了ZnO纳米颗粒薄膜(ZnO nanoparticle film),并以此为发光层制备了结构为ITO/ZnO nanoparticle/MEH-PPV/LiF/Al的电致发光器件.通过调整器件发光层厚度,对器件的发光光谱和电学特性进行测试研究,发现该器件在一定的直流电压下可以得到以ZnO近紫外(中心波长390 nm)发光为主的电致发光光谱,显示出较好的ZnO近紫外电致发光特性.对该器件的发光机理进行了一定的研究,认为该器件的发光是基于载流子隧穿.     

AlN缓冲层对ZnO薄膜质量的影响

采用脉冲激光沉积法以AlN为缓冲层在Si(100)衬底上制备了ZnO薄膜,并测量了样品的XRD谱、SEM图和PL谱.结果表明,AlN缓冲层可以提高Si衬底上外延生长ZnO薄膜的晶体质量.改变缓冲层的生长温度(50～500 ℃)所制备样品的测量结果表明,较低温度下生长的AlN缓冲层有利于制备高质量的ZnO外延层薄膜,其中AlN缓冲层生长温度为100 ℃时外延生长ZnO薄膜晶体质量最好.     

室温生长ZnO薄膜晶体管的紫外响应特性

在室温下采用射频磁控溅射法制备了以ZnO薄膜为沟道层的薄膜晶体管(TFTs).研究表明ZnO薄膜在紫外区具有较高的吸收率,并且ZnO-TFTs对紫外光照射较为敏感.因此,进一步深入研究了ZnO-TFTs紫外光照下的输出和转移特性,结果表明,紫外光照将引起较为明显的光响应电流,且经过光照的器件在光源移除7天后,ZnO沟道层中仍能观察到残余电导现象,其原因可以归结为紫外光辐射在ZnO沟道层中引入了一定数量的氧空位施主态缺陷.     

MgZnO薄膜及其量子阱和超晶格的发光特性

MgO和ZnO形成合金Mg_xZn_1-xO的带隙可以在3.3～7.9eV之间变化,在制备紫外波段光电器件方面有着广阔的应用前景.由ZnO和MgZnO交替沉积而成的ZnO/Mg_xZn_1-xO量子阱和超晶格在激光器、光探测器和其他光电器件方面也有潜在的应用价值.回顾最近几年对MgZnO薄膜材料发光特性的研究进展,介绍在不同衬底上用不同方法制备MgZnO合金薄膜的制备技术、发光特性以及发光特性与薄膜中Mg含量的关系;综述近年来在ZnO/Mg_xZn_1-xO超晶格、量子阱研究上的成果,特别介绍了ZnO/Mg_xZn_1-xO对超晶格、量子阱的发光特性、发光机理以及发光特性与势垒层镁含量、器件温度的关系.     

染料掺杂聚合物薄膜中金纳米颗粒增强的随机激光

基于金属纳米结构而获得随机激光的增强,其独特的性质及其潜在的应用价值具有重要的研究意义,在表面增强荧光、光学开关器件、表面等离子激元激光等方面实现了较多应用。报道一种快捷有效的制备纳米颗粒的手段并基于该纳米颗粒结构分析了染料掺杂聚合物薄膜涂覆的随机激光现象和规律。利用离子溅射沉积和高温热处理在石英基底上制备了Au纳米颗粒,改变溅射时间Au纳米颗粒的尺寸发生可控变化,该方法便捷、工艺简单。研究采用40,80和120 s三种不同的时间进行Au膜溅射并在650 ℃下高温处理,得到粒径尺寸不同的Au纳米颗粒,随着溅射时间延长Au纳米颗粒的尺寸逐渐变大。通过涂覆有机荧光染料DCJTB掺杂的PMMA聚合物薄膜构建光致激射系统,利用纳秒脉冲激光对样品进行激发,得到随机激光并研究其出射光强度和阈值的变化规律特征。40,80和120 s三种溅射时间下所得Au纳米颗粒的平均粒径尺寸分别为230,250和390 nm,在532 nm激光激发下产生随机激光的阈值分别为20.5,17.5和12.5 μJ·pulse-1。Au纳米颗粒尺寸越大、粒子间距越小时,光子散射的平均自由程越短,光在金属颗粒之间可以多次有效散射,从而显著提高散射效率,产生较低阈值的激光发射;Au纳米颗粒的吸收峰与染料的荧光峰恰好匹配时,将会显著增强染料的荧光效应,激发更多染料分子发生能级跃迁,增加光子态密度,获得峰值更高、阈值更低的激射现象;泵浦光不破坏染料分子的情况下,可以多次循环泵浦获得激光,染料分子的发光效率随着多次激发略有降低,有助于随机激光器件的研究开发。实验研究结果与理论分析相一致,进一步明确了Au纳米颗粒对光子散射和等离子共振对光吸收增强的随机激光发射机理。该研究以Au纳米结构对光子的强散射效应为增益,通过理论分析和实验测量获得随机激光,为实现高效率、低阈值的随机激光研究提供了一种便捷的技术手段,有望促进随机激光器件的开发和应用。     

MOCVD法制备的p-ZnO/n-SiC 异质结器件及其电致发光性能

采用光辅助金属有机化学汽相沉积(PA-MOCVD)法在n-SiC(6H)衬底上制备出As掺杂的p型ZnO薄膜,并制备出相应的p-ZnO:As/n-SiC异质结器件。X射线衍射(XRD)和光致发光(PL)测试表明,ZnO薄膜具有较好的结构和光学特性。电流-电压(I-V)测试结果表明,该型异质结器件具有良好的整流特性,开启电压为5.0 V,反向击穿电压约为-13 V。正向偏压下,器件的电致发光(EL)谱表现出两个分别位于紫外和可见光区域的发光峰,通过和ZnO、SiC的PL谱对照,证实异质结器件的发光峰来源于ZnO侧的辐射复合。     

基于感光栅极GaN高迁移率晶体管的新型探测器制备与优化（英文）

利用GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)的栅控特性和锆钛酸铅(PZT)铁电薄膜的光伏效应,在HEMT器件的栅极处沉积一层PZT铁电薄膜,提出了一种新型的(光敏感层/HEMT)探测结构.为制备出光伏性能优异的薄膜,对不同的溅射功率和退火温度制备的PZT铁电薄膜进行表面形貌和铁电性能分析.发现200 W溅射功率、700℃的退火温度制备的薄膜表面晶粒生长明显,剩余极化强度为38.0μC·cm-2.工艺制备GaN基HEMT器件并把PZT薄膜沉积到器件栅极上.在无光和365nm紫外光照射下对有、无铁电薄膜的HEMT探测器的输出特性进行测试.结果显示,在光照时,有铁电薄膜的HEMT器件相较于无光时,源-漏饱和电压最多降低3.55V,饱和电流最多增加5.84mA,表明新型感光栅极HEMT探测器对紫外光具有优异的探测效果.为实现对新型探测器的结构进行优化的目的,对栅长为1μm、2μm和3μm等不同栅长的探测器进行光照测试.结果表明,在紫外光照射下,三种探测器的漏极饱和电流分别为23mA、20mA和17mA,所以栅长越长器件的饱和电流越小,探测性能越差.     

氧压对飞秒激光沉积ZnO/Si(100)薄膜光学性能的影响

利用飞秒脉冲激光沉积法在n-Si（100）单晶衬底上制备了ZnO薄膜, 分析了衬底温度、激光能量、氧压及退火处理对薄膜结构和光学性能的影响. X射线衍射结果表明, 当激光能量为15?mJ、氧压为10?mPa时, 80?℃生长的薄膜取向性最好. 场扫描电子显微镜结果显示薄膜的晶粒尺寸随激光能量的增加而减小、随衬底温度的升高而增大且退火后明显变大. 紫外-可见透射光谱显示薄膜具有90%以上的可见光透过率.光致发光谱表明当氧压为10 mPa时,除了ZnO的紫外本征峰外, 还有一波长为410 nm的强紫光峰, 当氧压增至20 mPa以上, 所有缺陷峰均消失, 只有376 nm处的紫外本征峰. 与纳秒激光法所制备的薄膜特性进行了比较, 结果表明, 虽然纳秒激光沉积所制备的薄膜具有更高的c轴取向度, 但飞秒激光沉积制备的薄膜具有更好的发光性能. 关键词： 氧化锌 飞秒脉冲激光沉积 透过率 光致发光     

脉冲激光沉积方法制备ZnO薄膜生长参量对发光特性的影响

用脉冲激光沉积（PLD）方法在Si（111）衬底上制备了ZnO薄膜。以325nmHe-Cd激光器为光源对薄膜进行了荧光光谱分析,用X射线衍射仪（XRD）和原子力显微镜（AFM）分别对薄膜的结构和形貌进行了分析。脉冲激光沉积方法的主要生长参量为氧压、激光重复频率、生长温度和激光能量。通过控制这些参量变量,研究了这些参量对ZnO薄膜发光特性的影响,得到了用于紫外发光的ZnO薄膜生长的优化条件：发现在温度为650℃左右、氧压50Pa左右、频率5Hz左右的范围内能得到半峰全宽较窄,强度较大的紫外发光峰。分析认为紫外峰主要是由激子辐射复合发光形成的,绿光带主要和Ozn的存在密切相关,氧空位是蓝光发射的重要原因。     

电子束泵浦钙钛矿纳米晶随机激射的瞬态发光特性

为了满足瞬态光学系统对瞬时显像技术的要求,提出了一种基于钙钛矿纳米晶随机激射的瞬时发光方法.从CsPbBr3纳米晶薄膜的制备与表征出发,分析了该类有源薄膜的制备方法与手段.结合应用需要,设计了以微通道板为核心的电子束泵浦结构,并通过实验验证了CsPbBr3纳米晶薄膜在电子束泵浦下的激射效果,分析了其激射原理与物理现象.最后通过瞬时光泵浦的方法验证了CsPbBr3纳米晶薄膜的瞬时优势.该新型显像薄膜的瞬时探测系统中,不但具有较好的瞬态特性与时间分辨率,而且还可以利用电子束泵浦诱发激射来形成第二级的光放大,进而提升器件的整体探测能力.     

脉冲激光沉积(PLD)法生长高质量ZnO薄膜及其发光性能

采用脉冲激光沉积(PLD)法在单晶Si(100)衬底上生长ZnO薄膜,以X射线衍射(XRD)、原子力显微镜(AFM)和透射电镜(TEM)等手段分析了所得ZnO薄膜的晶体结构和微观形貌。优化工艺(700℃,20Pa)下生长的ZnO薄膜呈c轴高度择优取向,柱状晶垂直衬底表面生长,结构致密均匀。室温光致发光(PL)谱分析结果表明,随着薄膜生长时O₂分压的增大,近带边紫外发光峰与深能级发光峰之比显著增强,表明薄膜的结晶性能和化学计量比都有了很大的改善。O₂分压为20Pa时所生长的ZnO薄膜具有较理想的化学计量比和较高的光学质量。     

氧分压对PLD制备ZnO薄膜结构和发光性质的影响

采用脉冲激光沉积(PLD)技术,在Si(100)衬底上制备出高度c轴取向的ZnO薄膜。通过X射线衍射(XRD)谱,扫描电镜(SEM)和室温光致发光(PL)光谱的测量,研究了生长气氛压强的改变对薄膜结构和光致发光的影响。实验结果表明,当氧压从10Pa升高到100Pa时ZnO(002)衍射峰的半峰全宽(FWHM)增大。可以认为这是由于较高的氧压下,到达衬底表面的离子动能减小。这样部分离子没有足够的能量迁移到生长较快的(002)面,c轴取向变差,导致(002)衍射峰的强度降低,半峰全宽增大。随着氧压增大,紫外发光强度增强。这可能是氧压变大,薄膜的化学配比升高,说明化学配比对UV发光的影响要大于薄膜微结构的影响。改变氧气压强对薄膜的表面形貌也有较大的影响。     

Optically and electrically pumped random lasing from ZnO films annealed at different temperatures

We have investigated the optically and electrically pumped random lasing (RL) actions in ZnO films annealed at low and high temperatures respectively. While the optically pumped RL threshold for the ZnO film annealed at a low temperature, which features stronger light scattering and larger optical loss, is far higher than that for the ZnO film annealed at a high temperature, the electrically pumped RL threshold currents for the two ZnO films are almost the same with the electrical pumping scheme of metal-insulator-semiconductor structure. It is suggested that if the lasing region within the ZnO film is narrow enough in the case of electrical pumping, the strong light scattering can substantially alleviate the adverse effect of large optical loss on the onset of RL.     

Regrowth of ZnO thin film with high surface flatness and enhanced optical properties on annealed buffer layers by rf sputtering deposition

We report a study on improving the surface flatness, optical properties, and crystallinity of ZnO thin films by rf sputtering deposition. ZnO thin films grown on sapphire substrate were first exposed to post-growth annealing, and then used to regrow high-quality ZnO thin films on top. Under the same deposition conditions, the regrown ZnO layers showed much improved crystallinity, surface flatness and enhanced optical properties. The effect of the annealed layer in improving the quality of the ZnO thin film is discussed in terms of characterization results from crystal orientation, surface morphology, and photoluminescence. It was clearly observed that, during the annealing process, the ZnO grains coalesced to form larger grains and smoother surfaces, with better crystallinity and fewer defects, which resulted in the much improved quality of the regrown ZnO thin films.     

玉米蛋白质基底上射频磁控溅射法制备ZnO薄膜

采用射频磁控溅射方法在蛋白质基底上成功地制备了ZnO薄膜,研究了不同靶基距、氩氧比和溅射功率条件对ZnO薄膜性质的影响。结果表明,较小的靶基距有助于ZnO薄膜的c轴择优取向生长。我们还发现,沉积于玉米蛋白质基底的ZnO薄膜存在不同程度的张应力,当Ar/（Ar+O₂）为0.7时,ZnO薄膜内的张应力最小。ZnO近带边发光峰有不同程度的红移,我们认为,这是由于晶界势垒和氧空位V_o造成的。随着溅射功率的增大,薄膜生长速率显著加快,晶粒尺寸增大,ZnO的近带边发光峰位逐渐趋向于理论值。     

Effect of the laser fluence on structural and optical characterization of thin CdS films synthesized by femtosecond pulsed laser deposition

CdS thin films have been grown on Si(1 1 1) and quartz substrates using femtosecond pulsed laser deposition. X-ray diffraction, atomic force microscopy, photoluminescence measurement, and optical transmission spectroscopy were used to characterize the structure and optical properties of the deposited CdS thin films. The influence of the laser fluence (laser incident energy in the range 0.5–1.5 mJ/pulse) on the structural and optical characterizations of CdS thin films has been studied. The results indicate that the structure and optical properties of the CdS thin films can be improved as increasing the per pulse output energy of the femtosecond laser to 1.2 mJ. But when the per pulse output energy of the femtosecond laser is further increased to 1.5 mJ, which leads to the degradation of the structure and optical properties of the CdS thin films.     

生长条件对脉冲激光沉积制备ZnO：Al薄膜光电性能的影响

本文研究了脉冲激光沉积(PLD)生长过程中, 铝掺量、氧压及衬底温度等实验参数对ZnO:Al(AZO)薄膜生长的影响, 并利用扫描电子显微镜、原子力显微镜、X射线衍射、霍尔效应、光透射光谱等实验手段对其透明导电性能进行了探讨. 变温霍尔效应和光透射测量表明, 当靶材中铝掺量大于0.5 wt%时, 所制备AZO薄膜中铝施主在80 K时已完全电离, 因Bernstein-Moss (BM) 效应其带隙变大, 均为重掺杂简并半导体. 进一步系统研究了氧压和衬底温度对AZO薄膜透明导电性能的影响, 实验发现当氧压为1 Pa, 衬底温度为200 ℃时, AZO 导电性能最好, 其霍尔迁移率为28.8 cm²/V·s, 薄膜电阻率最小可达2.7×10^-4 Ω·cm, 且在可见光范围内光透过率超过了85%. 氧压和温度的增加, 都会导致薄膜电阻率变大. 关键词： 脉冲激光沉积法 ZnO：Al薄膜 透光性 导电性     

Pulsed laser deposited ZnO/ZnO:Li multilayer for blue light emitting diodes

Thin films of ZnO, Li doped ZnO (ZLO) and multilayer of ZnO and ZLO (ZnO/ZLO) were grown on silicon and corning glass substrates by pulsed laser deposition technique. Single phase formation and the crystalline qualities of the films were analyzed by X-ray diffraction and Li composition in the film was investigated to be 15 wt% by X-ray photoelectron spectroscopy. Raman spectrum reveals the hexagonal wurtzite structure of ZnO, ZLO and ZnO/ZLO multilayer and confirms the single phase formation. Films grown on corning glass shows more than 80% transmittance in the visible region and the optical band gaps were calculated to be 3.245, 3.26 and 3.22 eV for ZnO, ZLO and ZnO/ZLO, respectively. An efficient blue emission was observed in all films which were grown on silicon (1 0 0) substrate by photoluminescence (PL). PL measurements at different temperatures reveal that the PL emission intensity of ZnO/ZLO multilayer was weakly dependent on temperature as compared to the single layers of ZnO and ZLO and the wavelength of emission was independent of temperature. Our results indicate that ZnO/ZLO multilayer can be used for the fabrication of blue light emitting diodes.