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．     

蓝宝石基片的处理方法对ZnO薄膜生长行为的影响

采用反应射频磁控溅射方法,在经过不同方法处理的蓝宝石基片上,在同一条件下沉积了ZnO薄膜.利用原子力显微镜、X射线衍射、反射式高能电子衍射等分析技术,对基片和薄膜的结构、表面形貌进行了系统表征.研究结果显示,不同退火条件下的蓝宝石基片表面结构之间没有本质的差异,均为α-Al₂O₃ (001)晶面,但基片表面形貌的变化较大.在不同方法处理的蓝宝石基片上生长的ZnO薄膜均具有高c轴取向的织构特征,但薄膜的表面形貌差异较大.基片经真空退火处 关键词： ZnO薄膜 反应磁控溅射 基片处理 形貌分析     

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.     

蓝宝石基片的处理方法对ZnO薄膜生长行为的影响

采用反应射频磁控溅射方法，在经过不同方法处理的蓝宝石基片上，在同一条件下沉积了ZnO薄膜.利用原子力显微镜、X射线衍射、反射式高能电子衍射等分析技术，对基片和薄膜的结构、表面形貌进行了系统表征.研究结果显示，不同退火条件下的蓝宝石基片表面结构之间没有本质的差异，均为α-Al₂O₃ (001)晶面，但基片表面形貌的变化较大.在不同方法处理的蓝宝石基片上生长的ZnO薄膜均具有高c轴取向的织构特征，但薄膜的表面形貌差异较大.基片经真空退火处     

高温超导薄膜及微波器件应用

介绍了高温超导薄膜制备方法（如磁控溅射、脉冲激光淀积、电子束共蒸发、化学气相沉积等）研究的进展和现状．对薄膜生长中的一些技术，如外延生长高质量的薄膜对基片的要求、常用的基片、为了减小像硅和蓝宝石一类的重要基片与高温超导薄膜间的扩散以及改善晶格匹配所采用的缓冲层技术等也作了简要的介绍，还介绍了薄膜的微波性质和用高温超导薄膜制备的微淡无源器件．     

温度对α-Al2O3(0001)表面吸附生长ZnO影响的DFT研究

用密度泛函理论的甲面波赝势法对 ZnO 在α-Al_2O_3(0001)表面吸附生长进行了动力学计算.400、600、800℃时,平均每个 ZnO 的吸附能分别为4.16±0.08、4.25±0.11、4.05±0.23eV.温度对 ZnO/α- Al_2O_3(0001)界面有显著影响.400℃的 ZnO 的吸附生长中未出现 Zn 六角对称的偏转,计算得到 ZnO[10(?)0]明显平行于基片[10(?)0], 该温度有利于最外层为 Zn 原子的薄膜表面.600℃的 ZnO 吸附生长过程中存在两种表面结构,一种是表面原子终止于 Zn,ZnO 薄膜[10(?)0]//基片[10(?)0]；另一种结构是表面原子终止于 O,ZnO 薄膜[10(?)0]//基片[11(?)0],这两种表面结构有大约1.6eV 的能垒,后者更稳定.因此,600℃左右是蓝宝石上生长 ZnO 薄膜的理想温度,有利于形成 Zn-O-Zn-O-Zn-O 双层为单元的纤锌矿结构.该温度下,Zn-O 平均键长为0.190±0.01nm,其 ELF 值表明(基片)O-Zn-O 具有明显的共价键特征,而(Zn)O-Al(基片)表现出明显的离子健特征.800℃下,基片表面 Al、O 原子离解导致表面界面结构混乱,没有出现 Zn 六角对称结构.     

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。     

高温超导氧化物YBCO掺锆酸钡薄膜的制备及其结构分析

本文用脉冲激光溅射沉积法(PLD)在LaAlO3(100)基片上外延生长YB%Cu307-δ掺锆酸钡(BZO)薄膜.用X射线衍射、透射电镜对薄膜结构进行分析.探索PLD沉积的最佳实验参数,最佳沉积温度为800℃,最佳氧分压为25 Pa,最佳沉积频率为3 Hz.     

氧分压对Mg掺杂ZnO薄膜结晶质量和光学特性的影响

利用脉冲激光沉积技术,通过改变沉积过程中的氧气压力,在蓝宝石(0001)基片上制备了一系列ZnMgO合金.通过X射线衍射、反射和透射光谱以及室温和变温荧光光谱,对薄膜的结构和光学性能进行了系统地表征,分析了工作气压对ZnMgO合金薄膜的结晶质量及光学特性的影响.研究结果表明:随着沉积环境中氧气压力的增大,ZnMgO薄膜的结晶质量下降,富氧环境下,与蓝宝石晶格平行的ZnO晶粒的出现是导致薄膜结晶质量下降的主要原因;相对于本征ZnO,不同氧气环境下沉积的ZnMgO薄膜的紫外荧光峰均出现了不同程度的蓝移.随着工 关键词： ZnO Mg掺杂 脉冲激光沉积 薄膜生长 光学特性     

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.     

原子层沉积法 生长ZnO的性质与前驱体源量的关系研究

介绍了新型材料ZnO的各项性能,并采用原子层沉积方法制备新型材料ZnO. 实验中采用二乙基锌(DEZn) 和水作为生长ZnO的前驱体源, 在蓝宝石衬底上生长ZnO; 采用氮气作为载气, 生长温度为180℃. 通过改变在实验中的通入锌源的时间, 探索不同的DEZn的源的量对薄膜的成分(Zn/O)、薄膜的厚度、生长速率、晶型、 表面形貌、三维形貌以及粗糙度的影响. 关键词： 氧化锌 原子层沉积 Zn/O     

Fabrication of ZnO thin films by femtosecond pulsed laser deposition

The growth of ZnO thin films on sapphire substrate using the femtosecond PLD technique is reported. The effect of substrate temperature and oxygen pressure on the structural properties of the films was studied. Highly c-axis oriented ZnO films can be grown on sapphire substrates under vacuum conditions using the femtosecond PLD process. There is an optimum substrate temperature for the pulsed laser deposition of ZnO film that enhances the thermodynamic stability and allows the formation of well-crystallized thin films. The crystal quality of the films can be further improved by increasing the deposition time and introducing oxygen during the pulsed laser deposition process.     

温度对ZnO/Al2O3(0001)界面的吸附、扩散及生长初期模式的影响

构建了一个ZnO沉积在α-Al₂O₃(0001)表面生长初期的模型，采用基于密度泛函理论的平面波超软赝势法进行了动力学模拟.发现在400，600和800℃的条件下界面原子有不同的扩散能力，因此温度对ZnO/α-Al₂O₃(0001)表面界面结构以及ZnO薄膜生长初期模式有决定性的影响.在整个ZnO吸附生长过程中，O原子的扩散系数大于Zn原子的扩散系数，O原子的层间扩散对薄膜的均匀生长起着重要作用.进一步从理论计算上证实了ZnO在蓝宝石(0001)上两种生长模式的存在，400℃左右生长模式主要是Zn螺旋扭曲生长，具有Zn六角平面对称特征，且有利于Zn原子位于最外表面.600℃左右呈现为比较规则的层状生长，且有利于O原子位于最外表面.模拟观察到在ZnO薄膜临近Al₂O₃基片表面处，Zn的空位缺陷明显多于O的空位缺陷. 关键词： 扩散 薄膜生长 2O₃(0001)')" href="#">α-Al₂O₃(0001) ZnO     

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.     

Effects of sapphire substrate annealing on ZnO epitaxial films grown by MOCVD

The annealing effects of sapphire substrate on the quality of epitaxial ZnO films grown by metalorganic chemical vapor deposition (MOCVD) were studied. The atomic steps formed on (0 0 0 1) sapphire (α-Al₂O₃) substrate surface by annealing at high temperature was analyzed by atomic force microscopy (AFM). The annealing effects of sapphire substrate on the ZnO films were examined by X-ray diffraction (XRD), AFM and photoluminescence (PL) measurements. Experimental results indicate that the film quality is strongly affected by annealing treatment of the sapphire substrate surface. The optimum annealing temperature of sapphire substrates is given.     

ZnO外延膜与蓝宝石衬底的取向偏差及其弯曲变形

采用常压MOCVD方法在Al2O3(00．1)衬底上生长出了高质量ZnO单晶薄膜。由ZnO(00．2)面和Al2O3(00．6)面及ZnO(10．2)面和Al2O3(11．6)面X射线双晶(w／2θ衍射曲线的相对峰位,得到ZnO外延膜的晶格常数及外延层和衬底间的取向差异角。结果表明外延层和衬底在应力作用下产生了取向差和晶格畸变,并且取向倾斜方向与衬底的切割倾角方向一致;高温直接生长的样品的取向差比有低温缓冲层样品更大,晶格畸变也更严重。高温直接生长的样品弯曲半径小而应力更大;实验测量的应力值和理论计算的热应力值之间存在差异,原因主要是晶格失配应力的存在。有缓冲层的样品由于能更好地弛豫晶格失配引入的应力,热应力所占整个残余应力的比例相对更大。     

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     

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.     

Growth of epitaxial c ‐plane ZnO film on a ‐plane sapphire by radio frequency reactive magnetron sputtering

In this Letter, we report the successful growth of high quality c ‐plane oriented epitaxial ZnO films on a ‐plane sapphire substrates by using radio frequency reactive magnetron sputtering. The effect of substrate temperature on the structural and optical properties has been investigated. X‐ray diffraction (XRD) studies reveal that the ZnO film is grown epitaxially on a ‐plane sapphire substrate, and the film quality is improv‐ ed as the substrate temperature is increased. Photoluminescence (PL) results manifest that screw dislocations can exert great influence on the optical properties. It is found that the line width of the near‐band‐edge emission of PL decreases linearly with increase in screw density. In addition, a simple and effective method is proposed to assess the defect density in epitaxial ZnO films by performing PL measurement. (© 2013 WILEY‐VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim)     

蓝宝石R面上ZnO薄膜的NH3掺杂研究

以NH₃为掺杂源,利用金属有机化学气相沉积(MOCVD)系统在蓝宝石R面上生长出掺氮ZnO薄膜。通过XRD,SEM测量优化了其生长参数,在610℃和在80sccm的NH₃流量下生长出了〈1120〉单一取向的ZnO薄膜。经Hall电阻率测量,得知该薄膜呈现弱p型或高电阻率,并对其光电子能谱进行了研究。