低温缓冲层对氧化锌薄膜质量的影响

利用金属有机化学气相沉积(MOCVD)法,在Si衬底上外延生长ZnO薄膜。为了改善氧化锌薄膜的质量,首先在Si衬底上生长低温ZnO缓冲层,然后再生长高质量的ZnO薄膜。通过XRD、SEM、光致发光(PL)光谱的实验研究,发现低温ZnO缓冲层可有效降低ZnO薄膜和Si衬底之间的晶格失配以及因热膨胀系数不同引起的晶格畸变。利用低温缓冲层生长的ZnO薄膜的(002)面衍射峰的强度要比直接在Si上生长的ZnO薄膜样品的高,并且衍射峰的半高宽也由0.21°减小到0.18°,同时有低温缓冲层的样品室温下的光致发光峰也有了明显的增高。这说明利用低温缓冲层生长的ZnO薄膜的结晶质量和光学性质都得到了明显改善。     

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     

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     

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     

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。     

SiC过渡层制备温度对碳化硅/氟化类金刚石复合薄膜血液相容性的影响

以316L不锈钢为基底,SiC晶体为靶材,Ar为源气体,采用磁控溅射法在不同温度下制备出系列SiC过渡层.然后以高纯石墨作靶,Ar和CHF_3为源气体,在同一工艺条件下再续镀一层氟化类金刚石(F-DLC)薄膜,形成SiC/F-DLC复合薄膜.研究表明,相比于F-DLC薄膜,复合薄膜的附着力显著增加,血液相容性明显改善.通过样品的拉曼和红外光谱分析了不同温度下制备的SiC过渡层以及复合薄膜结构的演变.结果表明,控制SiC过渡层制备温度可以有效调制过渡层中C=C键的比例以及—C—C—不饱和键的密度,复合薄膜中保留较高比例的芳香环式结构以及合适的F/C比是薄膜的血液相容性得以进一步改善的原因,SiC过渡层制备温度控制在500℃左右效果尤为明显.SiC薄膜和F-DLC两种薄膜的界面处形成一定比例的Si—C键和C=C键是导致复合薄膜附着力显著上升的直接原因.适当条件下在316L不锈钢和F-DLC薄膜之间增加SiC过渡层对于增强薄膜的附着力、改善其血液相容性是可行、有效的.     

非掺杂ZnO薄膜中紫外与绿色发光中心

用直流反应溅射方法在硅衬底上淀积了ZnO薄膜,测量它们的光致发光(PL)光谱,观察到两个发光峰,峰值能量分别为3.18(紫外峰,UV)和2.38eV(绿峰).样品用不同温度分别在氧气、氮气和空气中热处理后,测量了PL光谱中绿峰和紫外峰强度随热处理温度和气氛的变化,同时比较了用FP-LMT方法计算的ZnO中几种本征缺陷的能级位置.根据实验和能级计算的结果,推测出ZnO薄膜中的紫外峰与ZnO带边激子跃迁有关,而绿色发光主要来源于导带底到氧错位缺陷(O_Zn)能级的跃迁,而不是通常认为的氧空 关键词： ZnO薄膜 热处理 光致发光光谱 缺陷能级     

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     

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     

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.     

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.     

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。     

Engineering of nearly strain-free ZnO films on Si(1 1 1) by tuning AlN buffer thickness

ZnO properties were investigated as a function of AlN buffer layer thickness (0–100 nm) in ZnO/AlN/Si(1 1 1) structures grown by metal organic vapor phase epitaxy. A significant improvement of ZnO film crystallinity by tuning AlN buffer thickness was confirmed by x-ray diffraction, topography and photoluminescence measurements. An optimal AlN buffer layer thickness of 50 nm is defined, which allows for growth of nearly strain-free ZnO films. The presence of free excitons at 10 K suggests high crystal quality for all ZnO samples grown on AlN/Si(1 1 1) templates. The intensities of neutral and ionized donor bound exciton lines are found to correlate with the in-plane and out-of-plane strain in the films, respectively.     

ZnO-Si不同退火条件对生长ZnSe薄膜的影响

研究了作为缓冲层的ZnO薄膜在不同的退火时间、退火温度下退火对Si衬底上生长ZnSe膜质量的影响。当溅射有ZnO膜的Si(111)衬底的退火条件变化时，从X射线衍射谱（XRD）和光致发光谱（PL）中可见，ZnSe(111)膜的晶体质量有较大的变化。变温的PL谱表明，Si衬底上生长的具有ZnO缓冲层的ZnSe膜的近带边发射峰起源于自由激子发射。     

The structure and optical properties of SiC film on Si (111) substrate with a ZnO buffer layer by RF-magnetron sputtering technique

We have fabricated a multiply layer SiC/ZnO on Si substrates using the RF-magnetron sputtering technique with the targets of a single crystalline SiC and a polycrystalline ZnO. The as-deposited films were annealed in the temperature range of 600–1000 °C under nitrogen ambient. We have observed a strong ultraviolet (UV) emission (370 nm) from the as-deposited SiC/ZnO film and an intense violet emission (412 nm) from the film annealed at high temperature (1000 °C) under nitrogen ambient. The SiC film quality and the PL intensities are considered to be strongly dependent on the crystalline quality of the ZnO buffer layer. With the increase of the annealing temperature, the crystalline quality of the ZnO buffer layer is improved, resulting in the improvement of the SiC film quality and the increase of the PL intensities. The thin films have been characterized by X-ray diffraction (XRD), Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) and scanning electron microscopy (SEM) to provide the evidences of photoluminescence (PL). We suggest that the UV emission could be attributed to the nanocrystal silicon particles, that the 395 nm band is related to ZnO buffer layer and has a great relation to the crystalline quality of the ZnO film, and that the violet emission is associated with the emission luminescence from 6H-SiC, which bears on the SiC film quality. The obtained results are expected to have important applications in modern optoelectronic devices.     

SiC衬底上外延GaN:Mg材料特性研究

利用扫描电子显微镜、拉曼散射光谱和光致发光谱对在SiC衬底上采用MOCVD异质外延的GaN:Mg薄膜特性进行研究发现：除了一部分Mg原子替代Ga原子呈现受主性外，大部分Mg原子以间隙原子状态（Mg_i）存在，并且在缺陷或者位错处大量聚集引起薄膜张力应力减小，薄膜在降温过程中由于应力不均匀会在部分区域内出现大量的裂纹；Mg的掺杂会加剧GaN无序化程度，致使薄膜质量变差；而室温下的PL谱测量表明蓝带发光由DAP（深施主—浅受主）复合引起，其中D为Mg_GaV_{N 关键词： GaN∶Mg 异质外延 扫描电子显微镜 拉曼散射 光致发光谱}     

HFCVD法制备纳米晶态SiC及其室温下的光致发光

用热丝化学气相沉积(HFCVD)法以CH4和SiH4作为反应气体在Si衬底上制备了纳米晶态6H-SiC。为减小6H-SiC与Si衬底之间的晶格失配,在HFCVD系统中通过对Si衬底表面碳化处理制备了缓冲层,确立了形成缓冲层的最佳条件。采用扫描电镜、傅里叶红外吸收谱和X射线衍射等分析手段对样品进行了结构和组分分析。结果表明,在较低的衬底温度下所沉积的是晶态纳米SiC,纳米晶粒平均尺寸约为60nm,并在室温下观察到所制备的纳米SiC位于380～420nm范围内的短波可见光。研究和分析了碳化时间对发光峰及红外吸收峰位置的影响。     

ZnO／AlN／Si（111）薄膜的外延生长和性能研究

用常压金属化学气相沉积法(MOCVD)在Si(111)衬底上制备了马赛克结构ZnO单晶薄膜。引入低温Al N缓冲层以阻止衬底氧化、缓解热失配和晶格失配。薄膜双晶X射线衍射2θ/ω联动扫描只出现了Si(111)、ZnO(000l)及Al N(000l)的衍射峰。ZnO/Al N/Si(111)薄膜C方向晶格常量为0.5195nm,表明在面方向处于张应力状态;其对称(0002)面和斜对称(1012)面的双晶X射线衍ω摇摆曲线半峰全宽分别为460″和1105″;干涉显微镜观察其表面有微裂纹,裂纹密度为20cm-1;3μm×3μm范围的原子力显微镜均方根粗糙度为1.5nm;激光实时监测曲线表明薄膜为准二维生长,生长速率4.3μm/h。低温10K光致发光光谱观察到了薄膜的自由激子、束缚激子发射及它们的声子伴线。所有结果表明,采用金属化学气相沉积法并引入Al N为缓冲层能有效提高Si(111)衬底上ZnO薄膜的质量。