ZnO薄膜的制备和结构特性及应变

在SiO₂/Si衬底上面,利用射频磁控溅射方法,在不同的工艺条件下生长ZnO薄膜,然后进行热处理(600～1000℃退火).研究了氩氧比和退火温度对薄膜结晶性能的影响.薄膜的表面结构和晶体特性通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)来进行表征.结果表明:所制备的薄膜为多晶纤锌矿结构,具有垂直于衬底的c轴(002)方向的择优取向性.热处理可使ZnO(002)衍射峰相对强度增强,半峰全宽(FWHM)变小,即退火使c轴生长的薄膜取向性增强.未经退火的ZnO薄膜存在张应力,经过热处理后应力发生改变,最后变成压应力,并且随着退火温度的升高,压应力逐渐增大.     

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     

脉冲激光沉积(PLD)法生长高质量ZnO薄膜及其发光性能

采用脉冲激光沉积(PLD)法在单晶Si(100)衬底上生长ZnO薄膜,以X射线衍射(XRD)、原子力显微镜(AFM)和透射电镜(TEM)等手段分析了所得ZnO薄膜的晶体结构和微观形貌。优化工艺(700℃,20Pa)下生长的ZnO薄膜呈c轴高度择优取向,柱状晶垂直衬底表面生长,结构致密均匀。室温光致发光(PL)谱分析结果表明,随着薄膜生长时O₂分压的增大,近带边紫外发光峰与深能级发光峰之比显著增强,表明薄膜的结晶性能和化学计量比都有了很大的改善。O₂分压为20Pa时所生长的ZnO薄膜具有较理想的化学计量比和较高的光学质量。     

衬底温度对PLD法生长的Mg0.05Zn0.95O薄膜结构和发光特性的影响

用脉冲激光沉积(PLD)法在不同温度的Si(111)衬底上成功制备了c轴择优取向的Mg_005Zn_095O薄膜.通过X射线衍射(XRD)和光致发光谱(PL)研究了衬底温度对Mg_005Zn_095O薄膜结构和发光特性的影响,探讨了薄膜的结晶质量与发光特性之间的关系.结果表明,在衬底温度为450℃时生长的Mg_005Zn_095O薄膜具有很好的c轴取向和较强的光致发光峰.室温下分别用激发波长为240,300和325nm的氙灯作为激发光源得到不同样品的PL谱,分析表明紫外发光峰和紫峰来源于自由激子的复合辐射且发光强度与薄膜的结晶质量密切相关,蓝绿发光峰与氧空位有关.此外,探讨了衬底温度影响紫外光致发光峰红移和蓝移的可能机理. 关键词： 005Zn_095O薄膜')" href="#">Mg_005Zn_095O薄膜 PLD 衬底温度 光致发光     

氧压对飞秒激光沉积ZnO/Si(100)薄膜光学性能的影响

利用飞秒脉冲激光沉积法在n-Si（100）单晶衬底上制备了ZnO薄膜, 分析了衬底温度、激光能量、氧压及退火处理对薄膜结构和光学性能的影响. X射线衍射结果表明, 当激光能量为15?mJ、氧压为10?mPa时, 80?℃生长的薄膜取向性最好. 场扫描电子显微镜结果显示薄膜的晶粒尺寸随激光能量的增加而减小、随衬底温度的升高而增大且退火后明显变大. 紫外-可见透射光谱显示薄膜具有90%以上的可见光透过率.光致发光谱表明当氧压为10 mPa时,除了ZnO的紫外本征峰外, 还有一波长为410 nm的强紫光峰, 当氧压增至20 mPa以上, 所有缺陷峰均消失, 只有376 nm处的紫外本征峰. 与纳秒激光法所制备的薄膜特性进行了比较, 结果表明, 虽然纳秒激光沉积所制备的薄膜具有更高的c轴取向度, 但飞秒激光沉积制备的薄膜具有更好的发光性能. 关键词： 氧化锌 飞秒脉冲激光沉积 透过率 光致发光     

两步法制备空间取向高度一致的ZnO纳米棒阵列

采用两步法,即先用磁控溅射在Si(100)表面生长一层ZnO籽晶层、再利用液相法制备空间取向高度一致的ZnO纳米棒阵列.用扫描电子显微镜、X射线衍射、高分辨透射电子显微镜和选区电子衍射对样品形貌和结构特征进行了表征.结果表明,ZnO纳米棒具有垂直于衬底沿c轴择优生长和空间取向高度一致的特性和比较大的长径比,X射线衍射的(XRD)(0002)峰半高宽只有0.06°,选区电子衍射也显示了优异的单晶特性.光致发光谱表明ZnO纳米棒具有非常强的紫外本征发光和非常弱的杂质或缺陷发光特性. 关键词： ZnO纳米棒阵列 ZnO籽晶层 两步法 液相生长     

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.     

退火对ZnO薄膜质量的影响

用金属有机化学气相沉积法（MOCVD）在蓝宝石（0001）衬底上制备了c轴取向的高质量的ZnO薄膜,通过在生长温度下氧气和氮气中退火处理的比较,研究了退火对ZnO薄膜结构和发光特性的影响。通过X射线衍射测量得知,经过氮气和氧气退火都可以使其002峰增强,且在氧退火中表现得尤为明显。光致发光测量发现氮气中退火的ZnO薄膜的紫外发光峰明显增强,而深能级发光峰明显减弱;而氧气中退火的ZnO薄膜的紫外发光峰略有减弱,而深能级峰显著增强。     

MOCVD方法生长ZnO微米柱的结构与光学性质

通过X射线衍射、扫描电子显微镜和变温光致发光光谱对MOCVD方法生长在蓝宝石衬底上的ZnO微米柱材料的结构及发光特性进行了表征.X射线衍射结果表明,ZnO具有良好的c轴择优取向,扫描电子显微镜图中可观察出ZnO微米在呈六角结构生长,半径约为0.5～1.5μm.样品的发光光谱通过He-Cd激光器的325nm线激发,从光谱中发现低温(81K)下出现极强的与激子相关的带边发光峰,温度升高到360K时与自由激子相关的紫外发射峰仍然是清晰可见.     

氧化钒薄膜微观结构的研究

采用直流磁控反应溅射在Si(100)衬底上溅射得到(001)取向的V₂O₅薄膜.x射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和傅里叶变换红外光谱(FTIR)的结果表明，氧分压影响薄膜的成分和生长取向，在氧分压0.4Pa时溅射得到(001)取向的纳米V₂O₅薄膜，即沿c轴垂直衬底方向取向生长的薄膜.V₂O₅薄膜经过真空退火得到(001)取向的VO₂薄膜，晶体颗 关键词： 微观结构 氧化钒薄膜 择优取向 直流磁控溅射     

射频磁控溅射法制备氮化硅基ZnO薄膜的光致发光性能研究

氮化硅薄膜因其耐腐蚀性、高温稳定性和良好的机械强度等优点,被广泛用作透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)、X射线光电子能谱仪(XPS)、能量色散X射线光谱仪(EDX)等的表征实验承载体。特别是,SiN可作为SEM观察时的低扰背景。然而SiN薄膜较差的荧光性制约了其进一步在荧光器件中的广泛应用。为了进一步提高SiN薄膜窗口的荧光效率,实验研究中采用了射频磁控溅射技术在SiN_x薄膜衬底上成功制备出系列ZnO薄膜,并分别进行了氮气氛非原位退火和原位退火处理。然后利用原子力显微镜(AFM)、扫描电子显微镜(SEM)、拉曼光谱仪(Raman)对薄膜的微结构和光致发光(PL)性能进行了研究,并系统研究了所制备薄膜的发光情况。实验研究结果表明,镀膜后荧光强度普遍提升, 退火促进晶粒进一步熟化生长、结晶性能大幅提升、晶界减少,且退火方式对射频磁控溅射法制备的ZnO/SiN复合薄膜的微结构和发光性能有显著影响。与SiN_x薄膜相比,未退火的ZnO/SiN_x薄膜和N₂气氛非原位退火的ZnO/SiN_x薄膜在380 nm附近的带边本征发射强度分别提高了7.7倍和34.0倍以上。与非原位退火处理的薄膜相比,原位退火处理的ZnO/SiN_x薄膜具有更多的氧空位缺陷,因此表现出更强的可见光波段PL强度,在425～600 nm的可见光波段表现出更高的光致发光能力。这些结果有助于优化氮化硅基ZnO荧光薄膜的制备参数。     

Au层退火温度对ZnO/Au/ZnO多层膜的结构、光学及电学性质的影响

采用金属有机化学气相沉积(MOCVD)技术在蓝宝石衬底上制备出晶体质量较好的透明导电的ZnO/Au/ZnO(ZAZ)多层膜,其中,Au夹层是通过射频磁控溅射的方法获得。通过对Au夹层进行不同温度的退火处理,研究了Au层退火温度对ZAZ多层膜的结构特性、电学性能和光学特性的影响。利用原子力显微镜(AFM)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)仪、霍尔效应测试和透射谱分析等测试手段对ZAZ多层膜的性质进行了分析。测试结果表明,在200 ℃下对Au夹层进行快速退火处理,多层膜的结构、电学和光学性质达到最优,表面等离子体效应也更明显。其中,XRD(002)衍射峰的半高宽为0.14°,电阻率为2.7×10^-3 Ω·cm,载流子浓度为1.07×10²⁰ cm^-3,可见光区平均透过率为75.3%。     

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。     

Microstructures and optical properties of Cu-doped ZnO films prepared by radio frequency reactive magnetron sputtering

Pure and Cu-doped ZnO (ZnO:Cu) thin films were deposited on glass substrates using radio frequency (RF) reactive magnetron sputtering. The effect of substrate temperature on the crystallization behavior and optical properties of the ZnO:Cu films have been studied. The crystal structures, surface morphology and optical properties of the films were systematically investigated by X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM) and a fluorescence spectrophotometer, respectively. The results indicated that ZnO films showed a stronger preferred orientation toward the c-axis and a more uniform grain size after Cu-doping. As for ZnO:Cu films, the full width at half maxima (FWHM) of (0 0 2) diffraction peaks decreased first and then increased, reaching a minimum of about 0.42° at 350 °C and the compressive stress of ZnO:Cu decreased gradually with the increase of substrate temperature. The photoluminescence (PL) spectra measured at room temperature revealed two blue and two green emissions. Intense blue-green luminescence was obtained from the sample deposited at higher substrate temperature. Finally, we discussed the influence of annealing temperature on the structural and optical properties of ZnO:Cu films. The quality of ZnO:Cu film was markedly improved and the intensity of blue peak (∼485 nm) and green peak (∼527 nm) increased noticeably after annealing. The origin of these emissions was discussed.     

Structural and optical properties of Au-implanted ZnO films

The structural and luminescence related optical behaviours of Au ion implanted ZnO films grown by magnetic sputtering and their post implantation annealing behaviours in the temperature range of 100-700 °C have been investigated. Optical absorption and transmittance spectra of the films indicate that band edge of Au-implanted ZnO has shifted to high energy range and optical band gap has increased, because the sharp difference of thermal expansion induces the lattice mismatch between ZnO and SiO₂. PL spectra reveal that UV and visible luminescence bands of ZnO films can be improved after thermal annealing due to recovery of defects and Au ions incorporation. Importantly, green luminescence band of 530 nm has been only observed in the Au-implanted and subsequently annealed ZnO films and it enhances with the increasing annealing temperature, which can be related to Au atoms or clusters in ZnO films. Furthermore, X-ray photoelectron spectroscopy measurements reveal that the Au⁰ is dominant state in Au implanted and annealed ZnO films. Possible mechanisms, such as optical transitions of Au atoms or clusters and deep level luminescence of ZnO, have been proposed for green emission.     

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     

高浓度Er/Yb共掺ZnO薄膜的结构及室温光致发光特性

采用射频磁控溅射方法制备了Er/Yb共掺ZnO薄膜,研究了退火处理对高浓度Er/Yb共掺ZnO薄膜的结构演化和光致发光(PL)特性的影响。X射线衍射分析结果表明:Er/Yb掺杂导致ZnO薄膜的晶粒细化及择优取向性消失,ZnO晶粒随退火温度的增加而逐渐长大。900℃退火时,出现Er3 、Yb3 偏析,退火温度高于1000℃时,薄膜与基体间发生了界面反应,1200℃时,ZnO完全转变为Zn2SiO4相。光致发光测量结果表明:高于900℃退火处理后,Er/Yb共掺ZnO薄膜在1540 nm附近具有明显的光致发光,发光强度在退火温度为1050℃时达到最大值;光致发光光谱呈现典型的晶体基质中Er3 离子发光光谱所具有的明锐多峰结构特征。此外,探讨了薄膜结构演化及其对光致发光光谱的影响。     

A simple growth route towards ZnO thin films and nanorods

Highly orientated ZnO thin films and the self-organized ZnO nanorods can be easily prepared by a simple chemical vapor deposition method using zinc acetate as a source material at the growth temperature of 180 and 320 °C, respectively. The ZnO thin films deposited on Si (100) substrate have good crystallite quality with the thickness of 490 nm after annealing in oxygen at 800 °C. The ZnO nanorods grown along the [0001] direction have average diameter of 40 nm with length up to 700 nm. The growth mechanism for ZnO nanorods can be explained by a vapor-solid (VS) mechanism. Photoluminescence (PL) properties of ZnO thin films and self-organized nanorods were investigated. The luminescence mechanism for green band emission was attributed to oxygen vacancies and the surface states related to oxygen vacancy played a significant role in PL spectra of ZnO nanorods.     

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     

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。