磁控溅射制备ZnO薄膜的结构及发光特性研究

采用射频反应磁控溅射法在玻璃衬底上制备出具有c轴高择优取向的ZnO薄膜,利用X射线衍射、扫描探针显微镜及荧光分光光度法研究了生长温度对ZnO薄膜微观结构及光致发光特性的影响。结果表明,合适的衬底温度有利于提高ZnO薄膜的结晶质量;在室温下测量样品的光致发光谱(PL),观察到波长位于400 nm左右的紫光、446 nm左右的蓝色发光峰及502 nm左右微弱的绿光峰,随衬底温度升高,样品的PL谱中紫光及蓝光强度逐渐增大,同时,绿光峰的强度也表现出一定程度的增强。经分析得出紫光应是激子发光所致,而锌填隙则是引起蓝光发射的主要原因,502 nm左右的绿光峰应该是氧的深能级缺陷造成的。此外,还测量了样品的吸收谱,并结合样品吸收谱的拟合结果对光致发光机理的分析作了进一步的验证。     

纳米ZnO薄膜可见发射机制研究

利用溶胶－凝胶法 （Sol-Gel）制备了纳米ZnO薄膜,获得了高强的近紫外发射室温下测量了样品的光致发光谱(PL )、吸收谱(ABS)、X射线衍射谱(XRD).X射线衍射(XRD)的结果表明：纳米ZnO薄膜呈多晶态,具有六角纤锌矿结构和良好的C轴取向;发现随退火温度升高,（002）衍射峰强度显著增强,衍射峰的半高宽（FWHM）减小、纳米颗粒的粒径增大.由吸收谱(ABS)给出了样品室温下带隙宽度为3.30 eV.在PL谱中观察到二个荧光发射带,一个是中心波长位于392 nm附近强而尖的紫带,另一个是519 nm附近弱而宽的绿带研究了不同退火温度样品的光致发光峰值强度的变化关系,发现随退火温度升高,紫带峰值强度增强、绿带峰值强度减弱,均近似呈线性变化.证实了纳米ZnO薄膜绿光发射主要来自氧空位(Vo)形成的浅施主能级与锌空位(VZn)形成的浅受主能级之间的复合,或氧空位(Vo)形成的深施主能级上的电子至价带顶的跃迁;紫带来自于导带中的电子与价带中的空位形成的激子复合.     

纳米ZnO薄膜的光致发光性质

利用溶胶－凝胶法制备了纳米ZnO薄膜,室温下测量了样品的光致发光谱(PL)、吸收谱(ABS)、X射线衍射谱(XRD)．X射线衍射(XRD)的结果表明：纳米ZnO薄膜呈多晶状态,具有六角纤锌矿晶体结构和良好的C轴取向．观察到二个荧光发射带,中心波长分别位于395 nm的紫带、524 nm的绿带和450 nm附近的蓝带．证实了纳米ZnO薄膜绿光可见发射带来自氧空位(VO)形成的浅施主能级和锌空位(VZn)形成的浅受主能级之间的复合;450 nm附近的蓝带来自电子从VO的浅施主能级到价带顶或锌填隙(Zni) 到价带顶或导带底到VZn的浅受主能级的复合．     

溶胶-凝胶法纳米ZnO薄膜的绿光发射

利用溶胶-凝胶法制备了纳米ZnO薄膜,室温下测量了样品的光致发光谱(PL)和X射线衍射谱(XRD),观测到中心波长在523 nm附近的绿色荧光发射,研究了纳米ZnO薄膜的绿光发射机制,证实了纳米ZnO薄膜绿光可见发射带来自氧空位(Vo)形成的浅施主能级和锌空位(Vzn)形成的浅受主能级之间的复合。     

纳米晶ZnO可见发射机制的研究

利用化学沉淀法制备了纳米ZnO粉体,室温下测量了样品的光致发光谱(PL)、X射线衍射谱(XRD),给出了样品的透射电子显微照片(TEM).X射线衍射(XRD)的结果表明:纳米晶ZnO具有六角纤锌矿晶体结构,颗粒呈球形或椭球形.观察到二个荧光发射带,中心波长分别位于398 nm的紫带和510 nm的绿光带.发现随退火温度升高,粒径增大,紫带的峰值减弱、绿带的峰值增强.证实了纳米晶ZnO绿光可见发射带来自氧空位形成的施主和锌空位形成的受主之间的复合.     

蓝光ZnO薄膜的特性研究

采用反应溅射法在n型硅（100）衬底上制备了ZnO薄膜,分别用X射线衍射仪、原子力显微镜和荧光分光光度计对样品的结构、表面形貌和光致发光特性进行了表征。X射线衍射结果表明,实验中制备出了应变小的c轴择优取向的ZnO薄膜;原子力显微镜观察表明,薄膜表面平整,颗粒大小约为50nm,为柱状结构,颗粒垂直于硅衬底表面生长;在室温光致发光（PL）谱中观察到了波长位于434nm处的较窄的强蓝光发射峰,该蓝光峰的半峰全宽约为50meV。对蓝光峰的发光机制进行了讨论,并推断出该蓝光峰来源于电子从Zn填隙缺陷能级向价带顶跃迁。     

LiGaO2衬底上ZnO外延膜的结构与光学特性

采用磁控溅射法在(001),(100)及(010)LiGaO2衬底上制备了ZnO薄膜,通过X射线衍射(XRD)、原子力显微镜(AFM)、透过光谱以及光致发光谱(PL)对薄膜的结构、形貌及光学性质进行了表征.结果表明LiGaO2衬底不同晶面上制备的ZnO薄膜具有不同的择优取向,在(001)、(100)及(010)LiGaO2上分别获得了[001]、[1100]及[1120]取向的ZnO薄膜;不同取向的ZnO薄膜表面形貌差异较大;薄膜在可见光波段具有较高的透过率;在ZnO薄膜的光致发光谱中只观察到了位于378 nm的紫外发射峰,而深能级发射几乎观察不到,(1100)取向的薄膜紫外发射峰强度最大,半高宽也最小,薄膜光致发光件质的差异丰要和晶粒尺寸有关.     

退火对多晶ZnO薄膜结构与发光特性的影响

用射频反应溅射法在Si（111）衬底上制备了C轴取向的多晶ZnO薄膜，通过不同温度的退火处理，研究了退火对多晶ZnO薄膜结构和发光特性的影响.由x射线衍射得知，随退火温度的升高，晶粒逐渐变大，薄膜中压应力由大变小至出现张应力.光致发光测量发现，样品在430nm附近有一光致发光峰, 峰的强度随退火温度升高而减弱，联合样品电阻率随退火温度升高而逐渐变大的测量及能级图，推测出ZnO薄膜中的蓝光发射主要来源于锌填隙原子缺陷能级与价带顶能级间的跃迁. 关键词： ZnO薄膜 退火 光致发光 射频反应溅射     

氟掺杂的氧化锌薄膜的结构和光学特性

通过热氧化氟化锌(ZnF2)薄膜的方法制备出氟掺杂的多晶ZnO薄膜,ZnF2薄膜是利用电子束蒸发方法沉积在Si(100)衬底得到的。利用X射线衍射和X射线电子能谱研究了ZnF2薄膜向ZnO的转变过程。实验结果表明,在400℃退火30min的条件下能够获得六方纤锌矿结构的ZnO：F薄膜。对ZnO：F薄膜的室温光致发光谱可以观察到位于379nm、半峰全宽为73meV的紫外发射峰,而相应于缺陷的深能级发射则完全猝灭。表明ZnO中残留的F能够有效地增强激子的发光,同时使缺陷发光强度明显降低。对F掺杂对ZnO的发光性能的影响进行了讨论。     

ZnO∶V薄膜后退火处理前后的微结构与发光特性

利用溶胶-凝胶(Sol-gel)法在单晶硅(100)衬底上分别制备了ZnO∶V薄膜和纯ZnO薄膜。为进一步研究后退火对ZnO∶V薄膜结构和发光性质的影响,在两段式快速退火后又在800℃下进行了后退火处理。X射线衍射的结果表明:后退火处理前,钒(V)的掺入使ZnO结晶质量变差,而800℃退火处理后,从ZnO的衍射峰中可以看出,相对于无V杂样品其结晶质量变好。扫描电子显微镜形貌图中可以看出制备的样品薄膜颗粒大小均匀,薄膜致密度较高。光致发光(PL)谱的研究表明:ZnO∶V薄膜在800℃退火处理后,紫外和绿带发光峰均增强,但紫外发光峰增强得更多;与同样条件下制备的纯ZnO薄膜的PL谱比较,发现V掺杂后样品的紫外激子复合发光峰的强度明显增强且峰位发生蓝移,而缺陷引起的绿带发光峰的强度降低。     

Characterizations of Tb:Zn2SiO4 films on silicon wafer prepared by sol-gel dip-coating and solid-phase reaction

Terbium-doped Zn_2SiO_4 films were successfully prepared on Si wafers by a simple sol-gel dip-coating and solid-phase reaction method of ZnO and SiO_2. X-ray diffraction (XRD) and UV－Vis absorption results revealed that films processed below 850℃ were ZnO in wurzite structure, and films processed above 850℃ were Zn_2SiO_4 in wellimite structure. Photoluminescence measurements of the Tb-doped Zn_2SiO_4 films showed two strong emission bands at 490 and 545nm. The photoluminescence lifetime was 4.6ms.     

退火对溶胶-凝胶法制备的ZnO薄膜结构和光致发光的影响

采用溶胶-凝胶法在n-Si(100)衬底上制备ZnO薄膜并从三个方面对其研究。X射线衍射结果表明,在含氧气氛中退火的ZnO薄膜为多晶六角纤锌矿结构,有明显的c轴择优结晶取向;退火时间的长短和温度的高低对结晶取向性和粒径均有较大影响,通过进一步的研究发现最佳处理温度在500℃左右。用扫描电子显微镜观察样品的表面和侧面形貌,晶体的生长比较均匀,粒径平均在70~160nm范围内,与XRD测量结果相一致。室温下ZnO胶体的光致发光谱表明,随着胶体老化时间的延长,胶体的紫外峰位发生了蓝移。室温下ZnO薄膜的光致发光谱表明,紫外部分的发光峰位在365,390nm,发光强度较强;在可见光区的发光强度相对较弱,但是还没有被氧完全抑制掉。     

退火温度对Cu:ZnO薄膜绿光发射的影响

利用溶胶-凝胶法在Si衬底上制备了不同退火温度的Cu:ZnO薄膜.利用X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电子显微镜和光致发光谱研究了样品的晶格结构、表面形貌、成分及其发光特性.结果表明:所有样品均具有高度的c轴择优取向,随着退火温度的升高,样品的结晶质量变好,样品的表面都被晶粒覆盖,强而稳定的绿光发射被观察到.绿光强度随退火温度的升高先增加后减小,发光中心位置不随退火温度的变化而改变,这样的绿光发射强而稳定.XRD和XPS结果表明,随退火温度的升高Cu2+还原为Cu+,导致Cu:ZnO薄膜形成的缺陷是VZn,所以绿光发射是由VZn引起的.Cu2+还原为Cu+时,Cu:ZnO薄膜中VZn浓度增加,使绿光发射强度增大.当退火温度超过800?C时,Cu2+的还原能力变差,绿光发射强度减弱.     

热处理参数对溶胶-凝胶法制备氧化锌薄膜特性的影响

采用溶胶-凝胶旋涂法在Si(111)衬底上生长了ZnO薄膜，并用荧光光谱、原子力显微镜和XRD对ZnO薄膜样品进行了分析.结果表明，溶胶-凝胶旋涂法制备的ZnO薄膜为纤锌矿结构，其c轴取向程度与热处理温度有很大的关系.当热处理温度小于550℃时，氧化锌薄膜在室温下均有较强的紫外带边发射峰，而可见波段的发射很弱；当热处理温度高于550℃时，可见波段发射明显增强.对经过不同时间热处理的ZnO薄膜样品分析表明，氧化锌薄膜的荧光特性及表面形貌与热处理时间也有很大关系，时间过短可见波段的发射较强，但时间过长会导致晶 关键词： ZnO薄膜 光致发光     

ZnO：V薄膜后退火处理前后的微结构与发光特性

利用溶胶-凝胶(Sol-gel)法在单晶硅(100)衬底上分别制备了ZnO:V薄膜和纯ZnO薄膜。为进一步研究后退火对ZnO:V薄膜结构和发光性质的影响,在两段式快速退火后又在800℃下进行了后退火处理。X射线衍射的结果表明:后退火处理前,钒(V)的掺入使ZnO结晶质量变差,而800℃退火处理后,从ZnO的衍射峰中可以看出,相对于无V杂样品其结晶质量变好。扫描电子显微镜形貌图中可以看出制备的样品薄膜颗粒大小均匀,薄膜致密度较高。光致发光(PL)谱的研究表明:ZnO:V薄膜在800℃退火处理后,紫外和绿带发光峰均增强,但紫外发光峰增强得更多;与同样条件下制备的纯ZnO薄膜的PL谱比较,发现V掺杂后样品的紫外激子复合发光峰的强度明显增强且峰位发生蓝移,而缺陷引起的绿带发光峰的强度降低。     

石英衬底上Au缓冲层对ZnO薄膜微结构的影响

采用单源化学气相沉积(SSCVD)法,在石英衬底上以Au为缓冲层,Zn4(OH)2(O2CCH3)6.2H2O为固相源制备ZnO薄膜。SEM和XRD测试ZnO薄膜的微结构,结果表明:相对于SiO2衬底上生长的ZnO薄膜,Au/SiO2衬底上生长的ZnO薄膜具有较好的结晶质量和表面平整度;对制备ZnO薄膜的衬底温度进行了工艺优化,结果表明:500℃时制备的ZnO薄膜颗粒大小均匀,结晶质量较好;通过荧光光谱仪对Au/SiO2衬底上的ZnO薄膜进行光致发光(PL)谱测试,ZnO薄膜在400nm出现紫光发射峰,而没有出现与缺陷相关的深能级发射峰,表明ZnO薄膜具有较好的结晶质量。     

ZnO-Si不同退火条件对生长ZnSe薄膜的影响

研究了作为缓冲层的ZnO薄膜在不同的退火时间、退火温度下退火对Si衬底上生长ZnSe膜质量的影响。当溅射有ZnO膜的Si(111)衬底的退火条件变化时，从X射线衍射谱（XRD）和光致发光谱（PL）中可见，ZnSe(111)膜的晶体质量有较大的变化。变温的PL谱表明，Si衬底上生长的具有ZnO缓冲层的ZnSe膜的近带边发射峰起源于自由激子发射。