ZnO薄膜的分子束外延生长及性能

利用分子束外延(MBE)和氧等离子体源辅助MBE方法分别在Si(100)、GaAs(100)和蓝宝石Al2O3(0001)衬底上用Zn、ZnS或以一定Zn-O化学计量比作缓冲层,改变衬底生长温度和氧压,并在氧气氛下,进行原位退火处理,得到ZnO薄膜。依据X射线衍射(XRD)图,表明样品的结晶性能尚好,且呈c轴择优取向;实验结果表明在不同衬底上生长的ZnO薄膜,由于晶格失配度不同,其衍射峰也有区别。用原子力显微镜(AFM)观测薄膜的表面形貌,为晶粒尺寸约几十纳米的ZnO纳米晶,且ZnO晶粒呈六边形柱状垂直于衬底的表面。采用掠入射X射线反射率法测膜厚。在360nm激发下,样品的发光光谱是峰值为410,510nm的双峰谱,是与样品表面氧缺陷有关的深能级发光。     

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.     

通过交替生长气氛调控N掺杂ZnO薄膜电学特性

使用分子束外延方法在c面蓝宝石衬底上生长了系列氮掺杂ZnO薄膜样品。在连续的富锌气氛环境中生长的样品,由于存在大量的施主缺陷,呈现n型电导。为了抑制施主缺陷带来的补偿效应,在生长过程中,通过周期性补充氧气,形成周期性的富氧气氛,缓解了氮掺杂浓度和施主缺陷浓度之间的矛盾。光致发光测量表明,通过交替生长气氛,氧空位和锌间隙等缺陷在薄膜中得到了显著抑制。通过交替生长气氛生长的外延薄膜的结晶质量也有所提高。样品显示出重复性较高的p型电导,载流子浓度可达到10¹⁶ cm^-3。周期性补氧调节生长气氛的生长方式是一种有效实现p型掺杂ZnO的方法。     

用微波ECR等离子体溅射法在蓝宝石(0112)晶面上生长ZnO薄膜的研究

蓝宝石上外延生长ZnO薄膜在表面波和声光器件中有重要的应用．用微波电子回旋共振(ECR)等离子体溅射法在蓝宝石(0112)晶面上外延生长了ZnO薄膜,膜无色透明,并且表面光滑,基片温度为380℃,为探索沉积工艺参数对薄膜结构的影响,用XRD对不同基片温度和沉积速率生长的ZnO薄膜进行了研究．     

用微波ECR等离子体溅射法在蓝宝石(0112)晶面上生长ZnO薄膜的研究

蓝宝石上外延生长ZnO薄膜在表面波和声光器件中有重要的应用．用微波电子回旋共振(ECR)等离子体溅射法在蓝宝石(0112)晶面上外延生长了ZnO薄膜,膜无色透明,并且表面光滑,基片温度为380℃,为探索沉积工艺参数对薄膜结构的影响,用XRD对不同基片温度和沉积速率生长的ZnO薄膜进行了研究．     

分子束外延生长的极性与非极性BeZnO薄膜的比较研究

采用分子束外延设备在不同晶面蓝宝石衬底上(c面,a面,r面)生长BeZnO薄膜。使用复合缓冲层生长得到了高质量的BeZnO薄膜,X射线衍射半高宽达到600 arcsec。在c面与a面蓝宝石衬底上生长得到了极性BeZnO薄膜,在r面蓝宝石上生长得到了非极性BeZnO薄膜。共振拉曼光谱测试结果表明薄膜中的Be含量在同一水平。相对于c面与a面蓝宝石上的极性BeZnO薄膜,生长在r面蓝宝石衬底上的非极性BeZnO薄膜具有较大的表面粗糙度以及较大的半高宽,但是其光致发光谱中的紫外发光峰远远强于极性BeZnO薄膜,并且黄绿光发光峰弱于极性BeZnO薄膜。     

SrTiO_3(001)衬底上单层FeSe超导薄膜的分子束外延生长

在以前工作的基础上,进一步研究了SrTiO3(001)(STO)衬底上单层FeSe超导薄膜的分子束外延生长.首先,通过去离子水刻蚀、盐酸溶液腐蚀和纯氧气氛中退火等步骤,获得台阶有序、具有单一TiO2终止的原子级平整表面的STO衬底,这是前提条件.这个过程中酸的选择和退火过程中氧的流量是最为关键的因素.其次,在FeSe薄膜的分子束外延生长中,选择适当的Fe源和Se源束流以及衬底温度是关键因素.如选择适当,生长模式为step-?ow生长,这时得到的FeSe薄膜将是原子级平整的.最后一步为退火,这个过程会增强FeSe薄膜结晶性以及它与SrTiO3衬底间的结合强度.     

表面预处理对氧化锌薄膜质量的影响

用MOCVD方法在c面蓝宝石衬底上生长ZnO薄膜。生长前衬底表面进行预处理,观察不同表面预处理对ZnO薄膜质量的影响。测量氧化锌的XRD谱,观察表面预处理后对氧化锌薄膜结晶质量的影响。室温下用325nm的He-cd激光器作为激发源测量ZnO薄膜的紫外发光谱,观察表面处理后对ZnO薄膜发光特性的影响。用HL5500 Hall System分别对ZnO薄膜的电学特性进行了测试。得到了ZnO薄膜的电阻率和霍尔迁移率,并得到氧气气氛处理后电阻率变小,霍尔迁移率变大;氮气气氛射频处理后电阻率变大,霍尔迁移率变小的结果。     

一种外延生长高质量GaN薄膜的新方法

采用化学方法腐蚀c-面蓝宝石衬底，以形成一定的图案；利用LP-MOCVD在经过表面处理的蓝宝石衬底上以及常规c-面蓝宝石衬底上外延生长GaN薄膜.采用高分辨率双晶X射线衍射(DCXRD)、三维视频光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)进行分析，结果表明，在经过表面处理形成一定图案的蓝宝石衬底上外延生长的GaN薄膜明显优于在常规蓝宝石衬底上外延生长的GaN薄膜，其(0002)面上的XRD FWHM为208.80弧秒，(1012)面上的为320.76弧秒.同时，此方法也克服了传统 关键词： 表面处理 MOCVD 横向外延生长 GaN薄膜     

蓝宝石表面处理对氮化镓薄膜的影响

采用化学方法腐蚀c-面蓝宝石衬底，以形成一定的图案；利用LP-MOCVD在经过不同腐蚀时间的蓝宝石衬底上外延生长GaN薄膜。采用高分辨率双晶X射线衍射（DCXRD）、三维视频光学显微镜（OM）、扫描电子显微镜（SEM）和原子力显微镜（AFM）进行分析。结果表明，对蓝宝石衬底腐蚀50min情况下，外延生长的GaN薄膜晶体质量最优，其（0002）面上的XRD 半峰全宽为202.68arcsec，（10-12）面上的XRD 半峰全宽为300.24arcsec；其均方根粗糙度（RMS）为0.184nm。     

Si(001)基片上反应射频磁控溅射ZnO薄膜的两步生长方法

利用反应射频磁控溅射技术，采用两步生长方法制备了ZnO薄膜，探讨了基片刻蚀时间和低温过渡层沉积时间对ZnO薄膜生长行为的影响.研究结果表明，低温ZnO过渡层的沉积时间所导致的薄膜表面形貌的变化与过渡层在Si(001)表面的覆盖度有关.当低温过渡层尚未完全覆盖基片表面时，ZnO薄膜的表面岛尺度较小、表面粗糙度较大，薄膜应力较大；当低温过渡层完全覆盖Si(001)基片后，ZnO薄膜的表面岛尺度较大、表面粗糙度较小，薄膜应力较小.基片刻蚀时间对薄膜表面形貌的影响与低温过渡层的成核密度有关.随着刻蚀时间的增加，ZnO薄膜的表面粗糙度逐渐下降，表面形貌自仿射结构的关联长度逐渐减小. 关键词： ZnO薄膜 反应射频磁控溅射 两步生长 形貌分析     

Induced growth of high quality ZnO thin filmsby crystallized amorphous ZnO

This paper reports the induced growth of high quality ZnO thin film by crystallized amorphous ZnO. Firstly amorphous ZnO was prepared by solid-state pyrolytic reaction, then by taking crystallized amorphous ZnO as seeds (buffer layer), ZnO thin films have been grown in diethyene glycol solution of zinc acetate at 80℃. X-ray Diffraction curve indicates that the films were preferentially oriented [001] out-of-plane direction of the ZnO. Atomic force microscopy and scanning electron microscopy were used to evaluate the surface morphology of the ZnO thin film. Photoluminescence spectrum exhibits a strong ultraviolet emission while the visible emission is very weak. The results indicate that high quality ZnO thin film was obtained.     

In掺杂ZnO薄膜的制备及其特性研究

采用射频反应溅射技术在硅(100)衬底上制备了未掺杂和掺In的ZnO薄膜。掠角X射线衍射测试表明,实验中制备的掺In样品为ZnO薄膜。用X射线衍射仪、原子力显微镜和荧光分光光度计分别对两样品的结构、表面形貌和光致发光特性进行了表征,分析了In掺杂对ZnO薄膜的结构和发光特性的影响。与未掺杂ZnO薄膜相比,掺In ZnO薄膜具有高度的C轴择优取向,同时样品的晶格失配较小,与标准ZnO粉末样品之间的晶格失配仅为0．16％;掺In ZnO薄膜表面平滑,表面最大不平整度为7nm。在掺In样品的光致发光谱中观察到了波长位于415nm和433nm处强的蓝紫光双峰,对掺In样品的蓝紫双峰的发光机理进行了讨论,并推测出该蓝紫双峰来源于In替位杂质和Zn填隙杂质缺陷。     

ZnO薄膜的掺杂特性

通过MOCVD方法生长的ZnO薄膜一般为富锌生长,呈n型电导,要想得到高阻或低阻p-ZnO薄膜需要对其进行掺杂施主或受主杂质.主要研究在生长过程中通过NH₃对ZnO薄膜进行氮掺杂的情况,利用优化生长条件,即生长温度为610℃,Ar气(携带DEZn)流量为4sccm,O₂流量为120sccm,N₂流量为600sccm,得到在NH₃流量为80sccm时生长样品的结晶质量最高,在掺杂薄膜中NH₃流量高于或低于80sccm时,样品的表面形貌都将变差,只有在80sccm时表面粗糙度最低晶粒最小,表明该流量下获得的样品表面较光滑致密.所以80sccmNH₃流量为在R面蓝宝石上生长<110>取向ZnO薄膜的最佳掺杂流量.Hall测量结果表明,NH₃流量为50sccm的样品电导呈弱p型,电阻率为102Ω·cm,空穴载流子浓度为+1.69×10¹⁶cm^-3,迁移率为3.6cm²·V^-1·s^-1;当NH₃流量增加时样品的电导呈n型,电阻率最高达10⁸Ω·cm,我们认为与进入ZnO薄膜的H的量有关,并对其变化机理进行了详细的分析.     

Microstructure evolution of Al-doped zinc oxide films prepared by in-line reactive mid-frequency magnetron sputtering

Aluminium-doped zinc oxide (ZnO:Al or AZO) thin films were deposited on glass substrates by reactive mid-frequency (MF) magnetron sputtering from Zn/Al metallic targets. Strong (002) preferred orientation was detected by X-ray diffraction (XRD). It was observed by plan-view transmission electron microscopy (TEM) that an AZO film deposited at low substrate temperature was composed of irregular large grains; but the film prepared at high temperature was composed of moderate sized grains with a regular shape. A secondary phase of ZnO₂ was also observed for the film deposited at low substrate temperature. The cross-sectional TEM study of the AZO film showed that prior to the well-aligned columnar growth an initial interfacial zone with nano crystallites were formed. The nano crystallites formed initially with a large tilt angle normal to the substrate surface and during the growth of the transition zone, the tilt angle decreased until it vanished. The evolution of the film structure is discussed in terms of evolutionary selection model and the dynamic deposition process. PACS 73.61.Ga; 68.37.Lp; 68.55.Jk     

衬底温度对ZnO薄膜的结构和光学特性的影响

利用等离子体辅助分子束外延(P-MBE)设备在蓝宝石衬底上通过改变生长温度,制备了不同的ZnO样品.研究了衬底温度对ZnO的结构、光学和电学性质的影响.样品的晶体结构利用X射线衍射谱进行表征.X射线衍射谱表明,所有的ZnO样品都是(002)取向的六角纤锌矿结构.随着生长温度的升高,X射线的(002)衍射峰的半峰全宽逐渐...     

Composition and morphological characteristics of chemically sprayed fluorine-doped zinc oxide thin films deposited on Si(1 0 0)

Fluorine-doped zinc oxide thin films (ZnO:F) were deposited on Si(1 0 0) substrates by the chemical spray technique (CST) from an aged-solution. The effect of the substrate temperature on the morphology and composition of the ZnO:F thin films was studied. The films were polycrystalline, with a preferential growth along the ZnO (0 0 2) plane, irrespective of the deposition temperature. The average crystal size within the films was ca. 35 nm and the morphology of the surface was found to be dependent on the substrate temperature. At low substrate temperatures irregular-shaped grains were observed, whereas at higher temperatures uniform flat grains were obtained. Elemental analysis showed that the composition of the films is close to stoichiometric ZnO and that samples contain quite a low fluorine concentration, which decreases as a function of the deposition temperature.     

ZnO thin films deposition by spray pyrolysis: Influence of precursor solution properties

Zinc oxide (ZnO) thin films were deposited by spray pyrolysis technique using different precursors. Three starting solutions salts namely: zinc acetate, zinc chloride and zinc nitrate were used. The properties of these solutions and their influence upon ZnO films growth rate are investigated. The obtained results indicate that the dissociation energy of the starting solution plays an important role on films growth rate. A linear relationship between the solution dissociation energy and the growth rate activation energy was found. However, the surface tension of the used solution controls the droplet shape impact. Both solution surface tension and dissociation enthalpy alter the microstructure of the formed film. Films deposited with zinc acetate are characterized by a smooth surface, dense network and high transparency, while films deposited with zinc chloride have a better crystallinity and low optical transmittance.     

CVD两步法生长ZnO薄膜及其光致发光特性

用CVD两步法在常压下于p型Si(100)衬底上沉积出具有较好择优取向的多晶ZnO薄膜。在325nm波长的光激发下,室温下可观察到显著的紫外光发射(峰值波长381nm)。高温退火后氧空位缺陷浓度增加,出现了一个450~600nm的绿光发光带,发光峰值在510nm。作为比较,用一步法生长的ZnO薄膜结晶质量稍差。在其PL谱中不仅有峰值波长389nm的紫外发射而且还出现了一个很强的蓝光发光中心(峰值波长437nm),退火后同样产生绿光发光带。对这两种绿光发光带的发光机制进行了研究,认为前者源于VO,而后者与O_Zn有密切的关系。     

基片温度对PLD制备ZnO薄膜光学常数的影响

光谱椭偏仪被用来研究用脉冲激光沉积方法在Si(100)基片上,温度分别为400,500,600,700 ℃制备的ZnO薄膜的特性。利用三层Cauchy散射模型拟合椭偏参数,计算了每个温度下制备的ZnO薄膜在400~800 nm波长范围内的折射率(n)和消光系数(k)。发现基片温度对光学常数有很大的影响。通过分析XRD表征的晶体结构和 AFM表征的薄膜表面形貌,发现折射率的变化归因于薄膜堆积密度的变化。为了获得具有较好的光学和薄膜质量的ZnO薄膜,相比与其他沉积温度600 ℃或许是最佳的沉积温度。