电化学沉积高c轴取向ZnO薄膜及其光学性能分析

采用阴极还原方法,在透明导电玻璃(ITO)上制备了高c轴择优取向的ZnO薄膜.通过X射线衍射、扫描电子显微镜等表征技术,研究了沉积电流对ZnO薄膜的结构、应力状态及表面形貌的影响;利用光致荧光光谱及透射光谱等分析方法,探讨了沉积电流变化对ZnO薄膜的光学性能的影响.研究结果显示:各沉积电流下均可制得高c轴取向的ZnO薄膜;薄膜表面形貌受电流的影响较大;从透射谱可以看出,薄膜在可见光波段有较高透射率,且薄膜厚度随沉积电流的增大而增大.光致荧光测量表明,电化学沉积的ZnO薄膜具有明显的带隙展宽.而且,随着沉积电流的增加,带隙发光强度逐渐减弱,缺陷发光逐渐增强.     

生长温度对磁控溅射ZnO薄膜的结晶特性和光学性能的影响

采用反应射频磁控溅射方法，在Si (100) 基片上制备了具有高c轴择优取向的ZnO薄膜.利用 原子力显微镜、透射电子显微镜、X射线衍射分析、拉曼光谱等表征技术，研究了沉积温度 对ZnO薄膜的表面形貌、晶粒尺度、应力状态等结晶性能的影响；通过沉积温度对透射光谱 和光致荧光光谱的影响，探讨了ZnO薄膜的结晶特性与光学性能之间的关系.研究结果显示， 在室温至500℃的范围内，ZnO薄膜的晶粒尺寸随沉积温度的增加而增加，在沉积温度为500 ℃时达到最大；当沉积温度为750℃时，ZnO薄膜的晶粒尺度有所减小；在室温至750℃的范 围内，薄膜中ZnO晶粒与Si基体之间均存在着相对固定的外延关系；在沉积温度低于500℃时 ，制备的ZnO薄膜处于压应变状态，而750℃时沉积的薄膜表现为张应变状态.沉积温度的不 同导致ZnO薄膜的折射率、消光系数、光学禁带宽度以及光致荧光特性的变化，沉积温度对 紫外光致荧光特性起着决定性的作用.此外，探讨了影响薄膜近紫外光致荧光发射的可能因 素. 关键词： ZnO薄膜 表面形貌 微观结构 光学常数     

γ-LiAlO2上a面ZnO薄膜的光谱特性研究

利用激光脉冲沉积(PLD)技术在(302)γ-LiAlO₂衬底上成功生长了非极性的a面(1120)ZnO薄膜，光致发光谱(PL)带边发射峰半峰宽仅为115meV.研究了非极性ZnO薄膜光谱特性的面内各向异性，发现随着入射光偏振方向改变，在偏振透射光谱上，吸收边移动了20meV，这与A、B激子和C激子的能量差一致；而在拉曼光谱上，激发光偏振方向的改变导致E₂模式的强度发生明显改变.     

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     

硅衬底上Zn1-xMgxO薄膜的结构与光学性质

采用脉冲激光法（PLD）在Si衬底上沉积Zn1-xMgxO薄膜.x射线衍射(XRD)表明薄膜为c轴取向，（002）峰的半高宽仅为0.211°，且没有MgO的相偏析.透射电子显微镜可以清楚看到Zn1-xMgxO薄膜的c轴择优取向.在选区电子衍射图中可以看到Zn1-xMgxO结晶薄膜整齐的衍射斑点.室温下对Zn1-xMgxO薄膜进行了光致荧光光谱分析，发现其带边发射峰相对ZnO晶体有0.4eV的蓝移，带边发射峰与杂质发射峰的强度之比高达159.Zn1-xMgxO结晶薄膜质量良好，显示了应用于光电器件的潜力. 关键词： Zn1-xMgxO合金薄膜 硅衬底 脉冲激光沉积法 c轴取向 光致荧光光谱     

NH3气氛处理制备p型ZnO薄膜及性能表征

采用NH₃气氛处理直流/射频共溅射方法制得的ZnO：Al薄膜，从而获得Al+N共掺p型ZnO薄膜.XRD，场发射扫描电子显微镜测试及Hall效应测试发现，处理温度对ZnO薄膜的结构和电学性能具有较大的影响，其中处理温度为700℃时，薄膜具有较好的c轴择优取向，并且薄膜表面平整，结构紧密，晶粒大小均匀，无明显空洞和裂缝，具有良好的表面质量，晶粒尺寸约为40—60nm，薄膜的导电类型由n型转变为p型.     

Ti缓冲层及退火处理对Si(111)基片上生长的ZnO薄膜结构和发光特性的影响

采用反应磁控溅射法在Si（111）基片上制备了带有Ti缓冲层的高c轴取向ZnO薄膜.通过X射线衍射分析和光致荧光光谱测量,研究了Ti缓冲层厚度和退火处理对ZnO薄膜结晶质量和光致荧光特性的影响.研究结果表明,Ti缓冲层的引入可以有效改善Si基片上ZnO薄膜的发光性能,但缓冲层存在一个最佳的厚度.薄膜应力是影响ZnO薄膜紫外荧光发射性能的重要因素,较小的残余应力对ZnO薄膜的紫外荧光发射是有利的,残余应力的存在可以改变ZnO薄膜紫外荧光发射能量.随着退火温度的增加,薄膜中的张应力增大,导致带隙宽度减小以及激子复合跃迁峰逐渐向低能方向移动. 关键词： ZnO薄膜 缓冲层 退火处理 应力分析     

Mn掺杂对ZnO薄膜结构及发光性能的影响

利用脉冲激光沉积的方法在Si衬底上生长出了c轴高度取向的Mn掺杂ZnO薄膜.X射线衍射表明所有样品都具有纤锌矿结构,没有发现其它相,随着掺杂量的增加,c轴晶格常数增大.原子力显微镜结果显示:Mn的掺杂引起了ZnO薄膜表面粗糙度的变化.由光致发光谱发现,在387 nm附近出现了由于近带边自由激子复合引起的紫外峰,还有以4...     

Ho3+掺杂对ZnO薄膜的微观结构和磁性的影响

研究Ho³⁺掺杂对氧化锌半导体材料的微结构和磁学性质影响. 利用热蒸发技术制备了一系列沉积在Si(100)衬底的Zn_1-xHo_xO(x=0.0、0.04、0.05）薄膜. X射线光谱、表面形貌以及磁性的实验结果表明,Ho³⁺掺杂对ZnO薄膜材料的性能影响很大. X射线衍射图显示峰位出现高角度转变并且趋向于(101)取向,在ZnO晶格显示Ho³⁺置换. 扫描电子显微镜和能谱仪对薄膜的表面形貌以及化学     

生长初期Ta膜的表面动态演化行为

用磁控溅射方法在单晶Si衬底上沉积膜厚为15—250nm的Ta膜.基于原子力显微镜获得的薄膜表面形貌，用动力学标度理论量化表征薄膜表面动态演化行为.结果表明：当膜厚d<50nm时，薄膜生长指数β≈0.17，而d>50nm后β≈0.45；随着d增加，粗糙度指数α由0.24逐渐增加到0.69，且在d>50nm后趋于稳定.Ta膜的表面动态演化行为揭示了其由小岛聚合结构向连续膜演化的生长过程.与自阴影等非局域效应引起的非稳定行为不同的是，当d<50nm时，薄膜表面动态演化的非稳定行为来源于生长初期的小岛聚合，表面小岛沿膜面切向的生长优于沿法向的生长.随着d继续增加，薄膜以连续膜形式生长，表面动态演化趋于稳定.     

退火温度对ZnO薄膜结构和发光特性的影响

采用反应射频磁控溅射法在 Si(100)基片上制备了高c轴择优取向的ZnO薄膜，研究了退火温度对ZnO薄膜的晶粒尺度、应力状态、成分和发光光谱的影响，探讨了ZnO薄膜的紫外发光光谱和可见发光光谱与薄膜的微观状态之间的关系.研究结果显示,在600—1000℃退火温度范围内，退火对薄膜的织构取向的影响较小，但薄膜的应力状态和成分有比较明显的变化.室温下光致发光光谱分析发现，薄膜的近紫外光谱特征与薄膜的晶粒尺度和缺陷状态之间存在着明显的对应关系；而近紫外光谱随退火温度升高所呈现的整体峰位红移是各激子峰相对比例变 关键词： ZnO薄膜 退火 光致发光 射频反应磁控溅射 可见光发射     

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.     

Photoluminescence studies on nanostructured cadmium sulfide thin films prepared by chemical bath deposition method and annealed at different temperatures

Nanostructured cadmium sulfide (CdS) thin films have been prepared by chemical bath deposition (CBD) method and after post deposition annealing of the thin films at different temperatures, photoluminescence (PL) property has been studied. The effects of various photoexcitation wavelengths on the PL behaviour of different annealed films of CdS were studied by recording the PL spectra. The intensity of PL, the profile of the PL spectra and the effects of photoexcitation wavelength depend drastically on the temperature of the post deposition annealing of the thin films. The XRD patterns of the films show the presence of both the hexagonal and cubic phases (mixed phases). The emission peak arises from the surface defects of the CdS nanocrystalline thin films. Significant modification in the surface morphology of the CdS films upon annealing has been observed from the FESEM images. The morphology of the thin films is expected to influence the PL behaviour of the CdS thin films. The quantum size effect and size dependant PL have been observed.     

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。     

非晶氧化硅薄膜带尾发光特性

采用等离子体增强化学气相沉积技术,通过改变CO2流量制备了不同氧含量的非晶氧化硅薄膜。利用紫外可见吸收谱、傅里叶红外吸收谱和稳态/瞬态光致发光谱等技术研究了薄膜的微观结构和光学特性。实验结果表明,随着氧含量的增加,薄膜的带隙增大,光致发光强度增加、峰值朝高能方向移动、光谱半峰全宽展宽。时间分辨光谱显示薄膜发光峰值处的衰减时间随氧含量的增加从6.2ns单调增加到21ns,而同一样品的发光寿命随发射波长能量增加而减小。综合分析光学吸收、发射及发光衰减特性表明,薄膜的发光机制主要归结为非晶材料带尾态之间的辐射复合。     

Excellent UV absorption in spin-coated thin films of oleic acid modified zinc oxide nanorods embedded in Polyvinyl alcohol

The aim of the study is to investigate the optical properties of spin-coated, highly transparent nanocomposite films of oleic acid modified ZnO (Zinc oxide) nanorods embedded in Polyvinyl alcohol (PVA) matrix. Pristine and oleic acid (OA) modified ZnO nanorods have been prepared by wet chemical synthesis and are characterized by X-ray diffraction, FESEM, TEM and FT–IR spectroscopy techniques. The optical properties of ZnO/PVA films are studied using UV–visible absorption and Photoluminescence (PL) spectroscopy. The results show that the optical absorption of the films in the UV region is quite high and more than 95% absorption is observed in films prepared from OA modified ZnO nanorods. The excellent UV absorption at around 300 nm offers prospects of applications of these films as efficient UV filters in this wavelength region. The PL spectrum of pristine ZnO nanorods shows almost white light emission whereas OA modified ZnO nanorods have a more intense peak centered in the blue region. The PL emission of OA modified ZnO/PVA film shows appreciable increase in intensity compared to the film obtained with pristine ZnO. The surface modification of ZnO by the polymer matrix removes defect states within ZnO and facilitates sharp near band edge PL emission at 364 nm.     

溶胶-凝胶法制备Li-N双掺p型ZnO薄膜的结构、光学和电学性能

采用溶胶-凝胶法在n型Si(100)衬底上沉积Li-N双掺杂ZnO薄膜,经X射线衍射和扫描电镜图片分析,所制备薄膜具有多晶纤锌矿结构和高的c轴择优取向.室温下霍尔效应测试结果显示Li-N双掺杂ZnO薄膜具有p型导电特性.在Li掺杂量为15.0at%,Li/N（摩尔比）为1∶1,700℃退火等优化条件下得到的最佳电学性能结果是：电阻率为0.34 Ω·cm,霍尔迁移率为16.43 cm²/V·s,载流子浓度为2.79×10¹⁹ cm^{-3关键词： Li-N双掺 p型ZnO薄膜 溶胶-凝胶 性能}     

溶胶-凝胶法制备MgxZn1-xO薄膜的结构及光学特性

用溶胶-凝胶法制备了一系列的Mg_xZn_1-xO(0≤x≤0.3)薄膜,并用X射线衍射(XRD)和光致发光(PL)研究了不同的退火温度和Mg的掺杂含量对Mg_xZn_1-xO薄膜的结构和光学性质的影响.研究表明:Mg_xZn_1-xO薄膜为单相六角纤锌矿结构,并且具有沿c轴的择优取向;发现了中间热处理温度为350℃的Mg_xZn_1-xO薄膜退火温度的转折点为700℃,低于这个温度时随退火温度的升高,(002)衍射峰强度增强且掺Mg的薄膜既有紫外光又有绿光发射;800℃退火时,薄膜的(002)衍射峰强度减小,出现了(100)和(101)衍射峰,且掺Mg的薄膜只有紫外发光峰.不同的掺杂浓度对于发光也有影响,低于700℃退火时,ZnO薄膜只出现紫外发光峰,掺Mg的薄膜却出现了紫外和绿光两个发光峰.     

原子层沉积制备氧化锌纳米薄膜的光学性质研究

采用原子层沉积技术(ALD),以二乙基锌和水为前驱体,在衬底温度分别为110和190 ℃的条件下制备了致密的氧化锌纳米薄膜。采用X射线光电子能谱,荧光光谱和椭偏仪等表征手段对薄膜的成分和光学性质进行了研究。结果表明,随着沉积温度的增加,氧化锌薄膜内—OH含量降低,说明氧化锌薄膜生长过程中的化学反应更加完全;另外,沉积温度增加后,薄膜在365 nm处的激子发射峰出现了明显的增强,同时可见光区的荧光发射峰消失,表明薄膜内的缺陷态减少。随着成膜质量的提高,氧化锌薄膜的电子迁移率从25提高至32 cm2·(V·S)-1。椭偏测量的拟合结果表明,在375～800 nm的波长范围内,氧化锌薄膜的折射率逐渐从2.33降至1.9,呈现出明显的色散现象;另外,不同温度下制备的氧化锌薄膜光学带隙均为3.27 eV左右,这说明沉积温度对薄膜的带隙没有明显影响。     

Structural and optical properties of nanocrystalline ZnO thin films synthesized by the citrate precursor route

Nanocrystalline zinc oxide (ZnO) thin films have been deposited by spin-coating polymeric precursors synthesized by the citrate precursor route using ethylene glycol and citric acid as chelating agents. The ZnO thin films were annealed in air at different temperatures for 10 min. The films were characterized by different structural and optical techniques, including X-ray diffraction (XRD), atomic force microscopy (AFM), optical transmission spectroscopy, and photoluminescence (PL). The thermal decomposition of polymeric precursor was studied by thermogravimetric analysis (TGA). XRD analysis with grazing incidence and rocking curves indicate that the ZnO films are polycrystalline with preferential orientation along the c-axis direction with a full-width at half-maximum (FWHM) of 0.31° for 600 °C-annealed samples. On annealing, the texturing in films increased along with a decrease in FWHM. AFM micrographs illustrate that the ZnO films are crack-free with well-dispersed homogeneous and uniformly distributed spherical morphology. The synthesized ZnO thin films have transparency >85% in the visible region exhibiting band edge at 375 nm, which becomes sharper with anneal. Room temperature PL spectra of these films show strong ultraviolet (UV) emission around 392 nm with an increase in intensity with annealing temperature, attributed to grain growth. Deconvolution of the PL spectra reveals that there is coupling of free excitons with higher orders of longitudinal optical (LO) phonon replicas leading to a broad asymmetric near-band-edge peak.