气相输运法制备ZnO薄膜(英文)

运用气相输运技术在不同的衬底上制备ZnO薄膜,同时对这些ZnO薄膜的表面形貌、晶体结构和光学特性进行表征。在扫描电子显微镜图像上可以看到,相比没有镀金的Si衬底,ZnO纳米颗粒在镀金的Si衬底上的生长尺寸较大。X射线衍射测试结果表明,在Si(111)和Si(100)衬底上生长的ZnO薄膜显示出不同的六角纤锌矿结构的衍射峰,但没有出现立方闪锌矿ZnO结构的衍射峰。在镀金的Si衬底上,ZnO薄膜生长取向主要为c轴方向。此外,所有ZnO样品的光致发光谱上均只出现一个狭窄且强的紫外峰,约在389 nm(3.19 eV)波长处。     

Si衬底对ZnO薄膜性能影响的研究

使用脉冲激光沉积(pulsed laser deposition, PLD)技术,采用两种不同纯度(99.5%和99.99%)的ZnO靶材,在p型Si衬底上制备了两种ZnO/Si薄膜.原子力显微镜与X射线衍射分析表明,两种样品具有相似的显微形貌与相同的晶体结构.霍尔效应测试发现,两种ZnO/Si薄膜都展现出了低电阻率、高迁移率的电学性能,但是其导电类型完全相反.研究结果表明,衬底的性能对霍尔效应测试有巨大影响.利用二次离子质谱仪,发现了在低纯度的样品中存在着S杂质向Si衬底中扩散的现象,并直接导致了衬底的导电性能的反型.     

SiC缓冲层对Si表面生长的 ZnO薄膜结构和光电性能的改善

用脉冲激光沉积(PLD)技术制备了ZnO/SiC/Si和 ZnO/Si薄膜并制成了紫外探测器。利用X射线衍射(XRD),光致发光(PL)谱,I-V曲线和光电响应谱对薄膜的结构和光电性能进行了研究。实验结果表明:SiC缓冲层改善了ZnO薄膜的结晶质量和光电性能,其原因可能是SiC作为柔性衬底能够减少ZnO与Si 之间大的晶格失配和热失配导致的界面缺陷和界面态。     

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.     

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}     

氧化锌薄膜光电功能材料研究的关键问题

氧化锌薄膜光电功能材料是近年来新发展起来的研究课题,由于它在短波长光电信息功能材料方面具有潜在的应用前景而备受关注.为了开发ZnO结型光电器件,目前首先需要解决高质量ZnO单晶薄膜的外延及p型掺杂等关键问题.综合国内外的研究结果,结合我们的工作,叙述了利用多晶格匹配原理通过过渡层在Si衬底上异质外延高质量ZnO薄膜,介绍了用SiC作过渡层生长ZnO薄膜的有关问题.对ZnO的p型掺杂,分析了制备p型ZnO的困难和利用Ⅲ-Ⅴ族共掺杂方法生长p型ZnO的作用和优点.     

不同衬底上Pb(Zr0.52Ti0.48)O3择优取向铁电薄膜的制备和研究

通过MOD法在Si(100)和Pt(111)/Ti/SiO2/Si基片上制备出LaNiO3 (LNO)薄膜.再通过修正的Sol-gel法,在Pt(111)/Ti/SiO2/Si,LNO/Si(100)和LNO/Pt/Ti/SiO2/Si三种衬底上制备出具有择优取向的Pb(Zr0.52Ti0.48)O3铁电薄膜.经XRD分析表明,LNO薄膜具有(100)择优取向的类钙钛矿结构;PZT薄膜均具有钙钛矿结构,且在Pt(111)/Ti/SiO2/Si衬底上的薄膜以(110)择优取向,在LNO/Pt/Ti/SiO2/Si和LNO/Si(100)衬底上的薄膜以(100)择优取向.经场发射SEM分析和介电、铁电性能测试表明,在LNO/Si和LNO/Pt/Ti/SiO2/Si衬底上的PZT薄膜的平均粒径、介电常数以及剩余极化强度均比以Pt/Ti/SiO2/Si为衬底的薄膜大.     

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。     

以Au为缓冲层在Si衬底上生长ZnO薄膜

采用化学气相沉积(CVD)方法在Si(001)衬底上分别制备了有金属Au缓冲层以及无Au缓冲层的ZnO薄膜。其中Au缓冲层在物理气相沉积(PVD)设备中蒸发,厚度大约为300nm。有Au缓冲层的ZnO薄膜晶体质量比直接在Si衬底上生长有了显著提高。利用X射线衍射(XRD)研究了所生长ZnO薄膜的结晶质量,有Au缓冲层的ZnO薄膜虽然仍为多晶,但显示出明显的择优取向。用光学显微镜研究了ZnO薄膜的表面特征,金属Au缓冲层显著地提高了在Si衬底上生长的ZnO薄膜的晶粒尺寸及平整度。同时利用室温光致发光(PL)谱研究了ZnO薄膜的光学性质,并分析了有Au缓冲层的ZnO薄膜NEB发光峰强度反而弱的可能原因。     

退火对ZnO薄膜的结构和光学性质的影响

采用射频磁控溅射法在Si衬底上制备了高c轴择优取向的ZnO薄膜,研究了退火对ZnO薄膜的晶粒尺度和发光光谱的影响。XRD结果显示退火可以改善ZnO薄膜的结构特性,PL谱结果显示退火对ZnO薄膜的发光强度产生很大影响。     

基于SSCVD方法的a-b轴取向ZnO薄膜制备

以Zn₄(OH)₂(O₂CCH₃)₆·2H₂O为单一固相有机源,采用单源化学气相沉积法(Single sour cechem icalvapor deposition,SSCVD)在Si(100)衬底上制备ZnO薄膜,用X射线衍射(XRD)、原子力显微镜(AFM)分析ZnO薄膜样品的晶体结构和微观形貌,并用X射线光电子能谱(XPS)对薄膜的锌氧化学计量比进行了分析。研究结果表明:在非平衡条件下所得到的ZnO薄膜沿a-b轴取向生长,基片温度对ZnO薄膜生长过程影响较大,随着基片温度的升高,薄膜呈现c轴生长趋势;晶粒成柱状、尺寸均匀、膜层结构致密;薄膜样品中n_Zn:n_O=0.985。     

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.     

(Li,Cu)掺杂ZnO薄膜的发光性质

利用溶胶-凝胶(Sol-gel)法在n型si(100)衬底上制备(Li,Cu)掺杂ZnO薄膜,研究了室温下薄膜的结构、形貌和光致发光性能.研究结果表明,随着Li掺杂浓度的增加,可见光发光强度增加,可见光发射可能是源于单电离氧窄位到价带顶以及单电离氧空位到Li替位Zn(Lizn)受主跃迁的双重作用.与此类似,Cu掺杂Zn...     

掺杂和未掺杂氧化锌薄膜的拉曼光谱

利用拉曼光谱分别对不同衬底上,未掺杂和掺杂以及掺杂浓度不同的ZnO薄膜进行了系统的分析研究。其中ZnO薄膜均由溶胶-凝胶法制得,掺杂源为LiCl。测得的拉曼光谱显示,Pt/Ti/SiO2/Si衬底上生长的ZnO薄膜的拉曼特征峰(437cm-1)的强度明显高于SiO2/Si衬底上ZnO薄膜的拉曼特征峰的强度,说明Pt/Ti/SiO2/Si衬底上ZnO的晶化程度比SiO2/Si上ZnO的晶化程度高;但ZnO拉曼特征峰的位置和半高宽并没有发生变化,说明两种衬底上ZnO薄膜中应力大小没有发生变化。掺Li+后,580cm-1处的峰位向高频方向移动,且掺杂浓度越大频移量越大,说明掺杂已经在不同程度上引起了ZnO晶体中自由载流子浓度的变化。此外,还分析了掺Li+未在很大程度上引起ZnO晶格畸变的原因。     

Comparison of ZnO thin films grown on a polycrystalline 3C-SiC buffer layer by RF magnetron sputtering and a sol-gel method

Zinc oxide (ZnO) thin films were deposited on a polycrystalline (poly) 3C-SiC buffer layer using RF magnetron sputtering and a sol-gel method. The post-deposition annealing was performed on ZnO thin films prepared using both methods. The formation of ZnO piezoelectric thin films with less residual stress was due to a close lattice mismatch of the ZnO and SiC layers as obtained by the sputtering method. Nanocrystalline, porous ZnO film prepared using the sol-gel method showed strong ultraviolet UV emission at a wavelength of 380 nm. The 3C-SiC buffer layer improved the optical and piezoelectric properties of the ZnO film produced by the two deposition methods. Moreover, the different structures of the ZnO films on the 3C-SiC intermediate layer caused by the different deposition techniques were also considered and discussed.     

Effects of substrate on surface morphology, crystallinity, and photoluminescence properties of sputtered ZnO nano films

Effects of substrate on crystallinity, surface morphology, and luminescence properties of radio frequency sputtered zinc oxide (ZnO) thin films were investigated. A variety of materials such as Si (100), Si (111), Al₂O₃, quartz, and silicon carbide (SiC) wafers were examined as substrates for deposition of ZnO thin films. The results showed smooth and uniform growth of c-axis orientation films. The thickness of the layers was about 50 nm. The average grain sizes of films were about 10, 13, and 12 nm for Si (111), quartz, and SiC samples, respectively. The deposited film on Al₂O₃ showed the largest grain size, about 500 nm. Grazing incidence x-ray diffraction patterns of the samples revealed that sputtered layers on Al₂O₃ and quartz had better crystallinity with higher peak at (002) orientation compared to Si and SiC substrates. Moreover, the Al₂O₃ sample exhibited a weak peak at position of (100) planes of ZnO too. The photoluminescence spectra of the samples showed a typical luminescence behavior with a broad UV band, including a main peak at around 388 nm and a weak shoulder peak at around 381 nm, corresponding with bound excitonic recombination and free excitonic recombination, respectively. The luminescence peak revealed that the intensity of UV emission is not necessarily dependent on the grain sizes and the micro-structural quality of ZnO films.     

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。     

Effects of sic buffer layer on the optical properties of ZnO films grown on Si (1 1 1) substrates

ZnO films have been grown by a sol-gel process on Si (1 1 1) substrates with and without SiC buffer layers. The influence of SiC buffer layer on the optical properties of ZnO films grown on Si (1 1 1) substrates was investigated. The intensity of the E₂ (high) phonon peak in the micro-Raman spectrum of ZnO film with the SiC buffer layer is stronger than that of the sample without the SiC buffer layer, and the breadth of E₂ (high) phonon peak of ZnO film with the SiC buffer layer is narrower than that of the sample without the SiC buffer layer. These results indicated that the crystalline quality of the sample with the SiC buffer layer is better than that of the sample without the SiC buffer layer. In photoluminescence spectra, the intensity of free exciton emission from ZnO films with the SiC buffer was much stronger than that from ZnO film without the SiC buffer layer, while the intensity of deep level emission from sample with the SiC buffer layer was about half of that of sample without the SiC buffer layer. The results indicate the SiC buffer layer improves optical qualities of ZnO films on Si (1 1 1) substrates.     

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。