半透明Cu2O/ZnO异质结的制备及其光电性能研究

为研究具有更好材料稳定性的半透明薄膜太阳能电池,本文采用直流磁控溅射技术沉积氧化亚铜(Cu_2O)薄膜和氧化锌(ZnO)薄膜,制备了Cu_2O/ZnO异质结.使用扫描电镜、X射线衍射仪、拉曼光谱仪、薄膜测定系统和太阳能模拟器,研究在不同氩/氧气体流量比的条件下制备的Cu_2O层对异质结的材料特性、光学特性及光电特性的影响.研究结果表明:在一定氩/氧气体流量比范围内制备的Cu_2O/ZnO异质结,在AM1.5的标准模拟太阳光的照射下具有一定的光电转换能力,可作为半透明太阳能电池的换能单元.     

自持金刚石厚膜上沉积生长ZnO薄膜及发光特性

采用磁控溅射在自持CVD金刚石厚膜的成核面上制备了ZnO薄膜,并实验研究了其生长特性和发光特性随O2和Ar流量的变化。利用X射线衍射(XRD)、光致发光(PL)光谱、电子探针(EPMA)和霍尔测量对样品进行了检测。结果表明,在O2/Ar比值约为1时沉积得到的ZnO薄膜取向较一致,呈现高阻的状态并且发光性能最好。     

不同参数溅射的ZnO薄膜硫化后的特性

采用直流反应磁控溅射法在玻璃和石英衬底上沉积了ZnO薄膜, 然后将它们在H^２S气流中 硫化得到ZnS薄膜．用x射线粉末衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和UV-VIS透过光谱对Zn S薄膜样品进行了分析．结果表明, 该ZnS薄膜为六角晶体结构, 沿(002)晶面择优取向生长, 其结晶状态和透过光谱与工作气压、Ar/O^２流量比密切相关. 当气压高于1Pa 时, 得 到厚度很小的ZnS薄膜; 而气压低于1Pa时, 沉积的ZnO薄膜则不能全部反应生成ZnS. 另外, 当Ar/O^２流量比低于4∶1或高于4∶1时, 结晶状态都会变差. 此外, 由于ZnS薄 膜具有高 的沿(002)晶面择优取向的生长特性, 使得退火或未退火ZnO薄膜硫化后的晶粒尺寸变化很小 . 关键词： ZnS薄膜 磁控溅射 ZnO硫化 太阳电池     

环形ZnO薄膜谐振器的横模抑制与测试分析

采用Tiersten方程研究了环形ZnO薄膜谐振器中横模寄生问题, 获得了环(圆)形薄膜谐振器的横模振动方程, 求得横模位移场解和频率色散方程; 然后采用电磁学模式合成理论进行分析, 发现环形薄膜谐振器横模频率与环形电极的内外径之比a/b有关, 振动模式可由圆形薄膜谐振器横模模式合成得到, 通过控制a/b能够抑制横模模式数和调控基膜频率. 采用外差激光干涉仪和网络矢量分析仪测量并比较了同批次的圆形和环形薄膜谐振器的上电极横模振动图样和电阻抗曲线. 振动图样显示环形薄膜谐振器振动模式可由半径为a和半径为b的圆形薄膜谐振器振动模式合成, 仅存在节圆数大于0的横模振动, 等于0的横模模式被抑制; 电阻抗曲线显示当a/b为0.436时, 环形薄膜谐振器的基频(约1217 MHz)和圆形的(0, 1)模式频率相等. 测量数据验证了模式合成理论的分析结果正确性, 为薄膜谐振器的横模抑制研究提供了理论基础和新方法.     

氩气压强对射频磁控溅射ZnO：Al薄膜结构和性能的影响

以ZnO:Al2O3为靶材在石英玻璃衬底上射频磁控溅射制备多晶ZnO:Al(AZO)薄膜,通过XRD、AFM以及Hall效应、透射光谱等测试研究了RF溅射压强对薄膜结构、电学与光学性能的影响.分析表明:所制备的薄膜具有c轴择优取向,当压强为1.2Pa时薄膜的电阻率降至最低(2.7×10-3Ω·cm).薄膜在可见光区平均透射率高于90%,光学带隙均大于本征ZnO的禁带宽度.     

基于ZnO薄膜的高次谐波体声波谐振器的研究

基于ZnO作压电层和蓝宝石作基底的高次谐波体声波谐振器(HBAR),采用不同电极材料和溅射方法进行优化。优化选定镀铬-金/氧化锌/铬-金/蓝宝石结构。对制备的器件进行了测试分析,结果显示,具有多模谐振特性的HBAR器件在2.87GHz Q值达到43000。根据一维Mason等效电路模型,HBAR器件还进行了理论仿真,结果表明理论结果与实测值基本一致。     

磁控溅射方法生长的氮氧锌薄膜的光学特性

氧化锌(ZnO)是一种具有六方结构的宽禁带Ⅱ--Ⅵ族半导体材料，室温下能带带隙Eg为3.37eV。由于氧化锌在室温条件下具有较高的激子束缚能(60meV)，保证了其在室温下较强的激子发光。此外氧化锌还具有较高的热稳定性和抗化学腐蚀特性，因而被认为是制作紫外半导体激光器的合适材料。自1997年首次发现ZnO室温紫外受激发射以来，ZnO已成为继GaN之后紫外发射材料的又一研究热点。但是，目前对于p型氧化锌及其发光器件的研究仍处于探索阶段，对其光电特性的研究仍需要更多投入。本文利用磁控溅射方法制备出氮氧锌薄膜样品，并通过在氧气气氛下退火处理，改变薄膜样品中氮的含量。通过X射线衍射谱、X射线光电子能谱、光致发光谱及喇曼光谱的测试，研究了氮在氧化锌薄膜中的含量变化以及氮对氧化锌薄膜的结构和光学特性的影响。     

Magnesium incorporation efficiencies in Mg_xZn_(1-x)O films on ZnO substrates grown by metalorganic chemical vapor deposition

We investigate the magnesium(Mg) incorporation efficiencies in Mg_xZn_(1-x)O films on c-plane Zn-face ZnO substrates by using metalorganic chemical vapor deposition(MOCVD) technique. In order to deposit high quality Mg_xZn_(1-x)O films,atomically smooth epi-ready surfaces of the hydrothermal grown ZnO substrates are achieved by thermal annealing in O_2 atmosphere and characterized by atomic force microscope(AFM). The AFM, scanning electron microscope(SEM),and x-ray diffraction(XRD) studies demonstrate that the Mg_xZn_(1-x)O films each have flat surface and hexagonal wurtzite structure without phase segregation at up to Mg content of 34.4%. The effects of the growth parameters including substrate temperature, reactor pressure and Ⅵ/Ⅱ ratio on Mg content in the films are investigated by XRD analysis based on Vegard's law, and confirmed by photo-luminescence spectra and x-ray photoelectron spectroscopy as well. It is indicated that high substrate temperature, low reactor pressure, and high Ⅵ/Ⅱratio are good for obtaining high Mg content.     

铁电薄膜可调带通滤波器

铁电薄膜的介电常数随外加电场强度的增加而减小.依据铁电薄膜的这一特性,提出了一种新颖的基于共面传输线结构的铁电薄膜可调带通滤波器.为了减小传输损耗,滤波器的导体部分由超导薄膜构成.滤波器的输入输出采用抽头线的方式分别与谐振器相接,外加电压通过输入输出端口直接施加到共面谐振器缝隙处的铁电薄膜上,用以改变铁电薄膜的介电常数,从而改变谐振器的谐振频率,实现带通滤波器通带频率的移动.这种新型可调带通滤波器具有结构紧凑、尺寸小及施加外加偏压容易等优点.仿真结果表明:铁电薄膜的介电常数在外加偏压下从250减小到150时,带通滤波器的传输特性曲线的形状基本保持不变,通带的中心频率从10.283GHz增加到10.518GHz,其3dB带宽保持在0.150GHz左右,反射损耗始终小于-17dB.     

双介质谐振器法测量超导薄膜的表面电阻

介绍了清华大学物理系研制的一个测量高温超导薄膜微波表面电阻的系统,展示了测量的原理和过程.本系统是按照目前国际上高温超导薄膜的微波表面电阻的测量标准方案(ICE/TC90)选定的 TE011- TE013双介质谐振器法来对超导薄膜进行测量.介质谐振器谐振的中心频率约为11.96 GHz,具有很高的准确性和灵敏度.在液氮(77 K)温度下,用物理所提供的两片YBCO薄膜测量,TE011和TE013模式的无载Q值分别达到5.57×10 5和1.51×10 6, 就我们所知,这是国内所报道的最高Q值.其Rs(77 K,10 GHz)平均值为263微欧.因此,本系统可以较为准确地测量表面电阻很小(300微欧以下)的高温超导薄膜.     

衬底温度对氧化锌薄膜电学性质的影响

氧化锌是一种性能良好的半导体材料,可以用作薄膜场发射阴极中的电子传输层材料,主要研究了用磁控溅射方法在不同衬底温度下生长ZnO薄膜的电学特性,分析了ZnO薄膜的电阻率和击穿场强随温度的变化关系。     

Ga-Ti共掺杂ZnO薄膜的制备及其光电性能

采用ZnO:Ga2O3:TiO2为靶材,在玻璃衬底上射频磁控溅射制备了多晶Ga-Ti共掺杂ZnO(GTZO)薄膜,通过XRD、四探针、透射光谱测试研究了生长温度对薄膜结构和光电性能的影响.结果表明:所制备的薄膜具有c轴择优取向,光学带隙均大于本征ZnO的禁带宽度.当生长温度为620K时GTZO薄膜的结晶质量最佳、电阻率最低、透射率最大、品质因数最高.     

退火对ZnO薄膜光学特性的影响

用射频磁控溅射法在蓝宝石衬底上制备出ZnO薄膜,通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和光致发光(PL)谱等研究了退火温度对ZnO薄膜结构和光学性质的影响。测量结果显示,所制备的ZnO薄膜为六角纤锌矿结构,具有沿c轴的择优取向;随着退火温度的升高,(002)XRD峰强度和平均晶粒尺寸增大,(002)XRD峰半高宽(FWHM)减小,光致发光紫外峰强度增强。结果证明,用射频磁控溅射法通过适当控制退火温度可得到高质量ZnO薄膜。     

介质谐振器法测量超导薄膜微波表面阻抗

本文所用的测试方法为蓝宝石介质谐振器法,它采用一片超导薄膜替代谐振器的一端,通过测量微波介质谐振腔的品质因数和谐振频率随温度变化来确定超导薄膜的微波表面阻抗.本文设计和制作了一个工作于TE01δ模式,谐振频率在18.3GHz左右的蓝宝石介质谐振器,其无载品质因数在3K时可达到130000.用此方法可以对薄膜进行无损伤测量,测量后的薄膜还可继续使用.     

GdBaCuO毫米波介质谐振器

高温超导介质谐振器是毫米波应用的重要部件之一。本文研究了在确定频率下的介质谐振器的理论计算和实验结果,表明了采用园柱形ＧｄＢａＣｕＯ超导薄膜介质谐振器可以在毫米波段获得稳定的高Ｑ谐振。     

p型未掺杂富锌ZnO薄膜的形成和性能研究

以高纯ZnO为靶材,氩气为溅射气体,利用射频磁控溅射技术在石英衬底上生长出纤锌矿结构的富锌ZnO薄膜.薄膜沿(002)择优取向生长,厚约为1.2μm,呈现电绝缘特性.将溅射的ZnO薄膜在10-3Pa,510~1 000 K的温度范围等温退火1 h,室温Hall测量结果表明ZnO薄膜的导电性能经历了由绝缘—n型—p型—n型半导体的变化.XPS测试表明ZnO薄膜的Zn/O离子比随退火温度的升高而降低,但一直是富锌ZnO,说明未掺杂的富锌ZnO也可以形成p型导电.p型未掺杂富锌ZnO薄膜的形成可归因于VZn受主浓度可以克服VO和Zni本征施主的补偿效应.     

溅射气氛对RF反应磁控溅射制备ZnO薄膜微结构及光致发光特性的影响

用射频反应磁控溅射法在不同溅射压强和氩氧比下制备了ZnO薄膜,通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和光致发光(PL)谱等研究了溅射压强和氩氧比对ZnO薄膜结构和光学性质的影响。测量结果显示,所制备的ZnO薄膜为六角纤锌矿结构,具有沿c轴的择优取向;溅射压强P=0.6Pa,氩氧比Ar/O2=20/5.5sccm时,(002)晶面衍射峰强度和平均晶粒尺寸较大,(O02)XRD峰半峰全宽(FWHM)最小,光致发光紫外峰强度最强。     

MOCVD法生长ZnO薄膜的结构及光学特性

采用MOCVD方法在c Al2 O3衬底上生长出了具有单一c轴取向的ZnO薄膜 ,采用X射线衍射 (XRD)、Raman散射、X射线光电子能谱 (XPS)及光致发光 (PL)谱等方法对ZnO薄膜的结构及光学特性进行分析测试。XRD分析只观察到ZnO薄膜 (0 0 0 2 )衍射峰 ,其FWHM数值为 0 1 84°。Raman散射谱中 ,4 35 32cm- 1 处喇曼峰为ZnO的E2 (high)振动模 ,A1 (LO)振动模位于 5 75 32cm- 1 处。XPS分析表明 :ZnO薄膜表面易吸附游离态氧 ,刻蚀后ZnO薄膜O1s光电子能谱峰位于 5 30 2eV ,更接近Zn—O键中O1s电子结合能 (5 30 4eV)。PL谱中 ,在3 2 8eV处观察到了自由激子发射峰 ,而深能级跃迁峰位于 2 5 5eV ,二者峰强比值为 4 0∶1 ,表明生长的ZnO薄膜具有较高的光学质量     

ZnO:Fe薄膜制备、光学与电学性质研究

用双靶磁控溅射设备制备了ZnO:Fe薄膜。分析了铁靶溅射功率对薄膜的光学及电学性质的影响。X射线衍射(XRD)和原子力显微镜(AFM)图像表明:ZnO:Fe薄膜为六角纤锌矿结构,且具有非常好的沿垂直于衬底的c轴择优取向。当铁靶功率小于250W时,沉积速率随铁靶功率的增加而增加。随着铁靶功率的增加,透射光谱的吸收边有微弱蓝移,透过率在可见光区超过75%。掺铁后薄膜的电阻率只有10-2Ω.cm,远小于纯氧化锌的电阻率。通过实验得到ZnO:Fe薄膜的最佳制备条件。     

ZnO薄膜微结构变化对光电特性的影响

使用脉冲激光淀积(PLD)技术在n型Si衬底上沉积氧化锌(ZnO)薄膜,在O2气氛下对样品进行了500℃(Sample1,S1),600℃(Sample2,S2),700℃(Sample3,S3)和800℃(Sample4,S4)退火,随后进行了X射线衍射(XRD)谱,椭偏光折射率,热激电流(TSC)和电容-电压(C-V)的测量。研究发现:S1中晶界的电子陷阱由高浓度的深能级杂质(Zni)提供的电子填充,该能级位于ET=EC-0.24±0.08eV。S3中出现与中性施主(D0)有关的深能级中心,其ET=EC-0.13±0.03eV,推测D0的出现与高温氧气条件退火下晶界处形成的复合体缺陷有关。XRD和椭偏光折射率测量结果表明:氧气对ZnO薄膜微结构的修饰是改变ZnO/Si结构光电特性的主要因素。