MOCVD法生长ZnO薄膜时氧源 t-BuOH和H2O的比较研究

以活性较低的叔丁醇(t-BuOH)和水(H₂O)作为氧源,采用MOCVD技术生长了ZnO薄膜。研究发现,t-BuOH作为氧源可以有效地抑制其与锌源之间的气相预反应,比H₂O作为氧源进行ZnO薄膜的外延生长具有更高的生长速率,得到的ZnO薄膜晶体质量更优,同时载流子的迁移率可以达到37.0 cm²·V^-1·s^-1, 表明t-BuOH更适合作为氧源通过MOCVD系统生长ZnO薄膜。     

Ag掺杂对ZnO薄膜的光电性能影响

采用超声喷雾热分解法在石英衬底上以醋酸锌水溶液为前驱体,以硝酸银水溶液为Ag掺杂源,以高纯O2为载气生长了Ag掺杂ZnO(ZnO∶Ag)薄膜。研究了Ag掺杂ZnO薄膜的表面结构、电学和光学性质。结果表明所得ZnO∶Ag薄膜表面结构良好,扫描电子显微镜(SEM)测试表明薄膜表面光滑平整,结构致密均匀;在室温光致发光(PL)光谱中检测到很强的近带边紫外发光峰;透射光谱中观测到非常陡峭的紫外吸收截止边和较高的可见光区透过率,表明薄膜具有较高的晶体质量与较好的光学特性;霍尔效应测试表明,在550℃下获得了p型导电的ZnO∶Ag薄膜。     

MOCVD生长中载气H2对N掺杂ZnO性质的影响

采用MOCVD方法在石英衬底上生长ZnO。实验使用二乙基锌(DEZn)为锌源,N2O作为氧和氮源,H2作为载气。采用PL和Raman光谱方法对ZnO样品进行表征,结果表明H2的加入大幅度减少薄膜中碳的掺入,明显改善了薄膜的光学质量。采用N2O离化技术,可以进一步提高其带边峰的强度,抑制带内发光。XRD测量表明,生长的ZnO薄膜具有c轴择优取向。目前生长高质量N掺杂的p型ZnO薄膜是很困难的,而H2作为载气的加入明显改善了ZnO薄膜的光学性质,在生长过程中加入H2将为获得高质量N掺杂的p型ZnO薄膜提供一种途径。     

N2O为氧源金属有机化学气相沉积生长ZnO薄膜的光学性能研究

采用常压金属有机化学气相沉积(AP-MOCVD)技术、三步生长法,分别以H2O和N2O为氧源,DEZn为Zn源,N2作载气,在c-Al2O3衬底上生长出了晶体质量较好的ZnO薄膜。用X射线双晶衍射(DCXRD)和光致发光谱对ZnO薄膜的结晶性能和光学性质进行表征。结果显示,ZnO倾斜对称面(10-12)的ω扫描半峰全宽为350″,表明ZnO薄膜结晶性能良好;低温10 K光致发光谱结果表明,N2O为氧源生长的ZnO膜和H2O为氧源生长的ZnO膜的发光特性明显不同,没有观察到与氢有关的中性施主束缚激子对应的3.331 eV双电子卫星峰(TES)。这一结果表明,用N2O为氧源生长的ZnO薄膜中不易引进氢杂质。     

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。     

工作气压对磁控溅射ZnO薄膜结晶特性及生长行为的影响

采用射频反应磁控溅射方法，在Si(001)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、X射线衍射、透射电子显微镜和透射光谱分析技术，对不同工作气压下合成的ZnO薄膜的表面形貌、微观结构和光学性能进行表征，研究了工作气压对ZnO薄膜的结晶性能以及生长行为的影响.研究结果显示：对于Ar/O₂流量比例接近1∶1的固定比值下，ZnO薄膜的生长行为主要取决于成膜空间中氧的密度，临界工作气压介于0.5—1.0 Pa之间.当工作气压小于临界值时，ZnO薄膜的成核密度较高，且随工作气压的变化明显，ZnO的生长行为受控于氧的密度，属于氧支配的薄膜生长；当工作气压大于临界值以后，ZnO薄膜的成核密度基本保持不变，Zn原子的数量决定薄膜的生长速率；在0.1—5.0 Pa的工作气压范围内，均可获得高度c轴取向的ZnO薄膜，但工作气压的变化改变着ZnO晶粒之间的界面特征和取向关系.随着工作气压的增加，ZnO晶粒之间的界面失配缺陷减少，但平面织构特征逐渐消失，三叉晶界的空洞逐渐扩大，薄膜的密度下降，折射率减小. 关键词： ZnO薄膜 磁控溅射 表面形貌 微观结构 光学性能     

MSM结构ZnO/Cu薄膜的接触特性

利用脉冲激光沉积(PLD)法在Si(111)衬底上分别生长了ZnO薄膜和Cu薄膜, 用Cu薄膜作电极,研究了ZnO薄膜与Cu薄膜的接触特性。分别用X射线衍射仪、扫描电子显微镜和I-V测试的方法对样品的晶体质量、结构和电学性质进行了测试。结果表明:样品中ZnO薄膜和Cu薄膜均具有高度的择优取向;当Cu和 ZnO直接接触时,样品的I-V特性是非线性的;当Cu和 ZnO之间通过ZnO:Cu层间接接触时形成良好的欧姆接触,而且退火后欧姆接触性能明显提高,电阻率降低约2/3。本研究为价格低廉的Cu电极成为ZnO基器件的欧姆电极提供了一定的依据。     

Ag掺杂p型ZnO薄膜及其光电性能研究

采用超声喷雾热分解法在石英衬底上以醋酸锌水溶液为前驱体,以硝酸银水溶液为Ag掺杂源生长了Ag掺杂ZnO(ZnO：Ag)薄膜.研究了衬底温度对所得ZnO：Ag薄膜的晶体结构、电学和光学性质的影响规律.所得ZnO：Ag薄膜结构良好,在室温光致发光谱中检测到很强的近带边紫外发光峰,透射光谱中观测到非常陡峭的紫外吸收截止边和较高的可见光区透过率,表明薄膜具有较高的晶体质量与较好的光学特性.霍尔效应测试表明,在500℃下获得了p型导电的ZnO：Ag薄膜,载流子浓度为5.30×10¹⁵cm关键词： ZnO：Ag薄膜 p型掺杂 超声喷雾热分解 霍尔效应     

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.     

紫外光电材料ZnO的反应溅射制备及研究

采用直流反应溅射法分别在Si(111),Si(001),及K4玻璃衬底上制备ZnO薄膜,研究了氧氩比、衬底温度以及退火处理对于晶体结晶质量的影响,发现生长过程中的退火处理提高了薄膜质量和晶面取向.通过优化生长条件,在衬底温度为350℃,氧氩比为1:2的条件下生长出了XRD半高宽为01°、C轴取向高度一致的ZnO薄膜.     

原子力显微镜在PLD法制备ZnO薄膜表征中的应用

利用脉冲激光沉积(PLD)法在氧压为16 Pa、衬底温度为400~700 ℃时,在单晶Si(100) 衬底上制备ZnO薄膜,并通过原子力显微镜(AFM)、X射线衍射(XRD)谱和光致发光谱对制得的薄膜样品进行表面形貌、结构特性和发光性质研究。其中通过原子力显微镜对样品的二维、三维以及剖面线图进行了分析。结果表明衬底温度700 ℃时得到的薄膜样品表面较均匀致密,晶粒生长较充分,结晶质量较高,相对发光强度高。控制氧压为5.7 Pa,在衬底温度为600 ℃,沉积时间分别为10,20,45 min制备ZnO薄膜样品;利用原子力显微镜对样品进行表面形貌观察,得知只有沉积时间足够长才能使薄膜表面晶粒充分生长。     

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     

脉冲激光沉积法（PLD）生长Co掺杂ZnO薄膜及其磁学性能

采用脉冲激光沉积(PLD)法在单晶Si(100)及石英衬底上生长Co掺杂ZnO薄膜,并且比较了不同生长条件下薄膜的性能。实验观察到了700℃、0.02Pa氧压气氛下生长的Co掺杂ZnO薄膜显示室温磁滞回线。采用XRD、SEM等手段对Co掺杂ZnO薄膜的晶体结构及微观形貌进行了分析,得到的ZnO薄膜具有高度的c轴择优取向,结构比较致密,表面平整度较高,并且没有发现Co的相关分相,初步表明Co有效地掺入了ZnO的晶格当中。霍尔测试表明Co掺杂ZnO薄膜样品保持了半导体的电学性能,电阻率为0.04Ω·cm左右,载流子浓度约为1018/cm3,迁移率都在18.7cm2/V·s以上。实验结果表明材料保持了ZnO半导体的性能,并具有室温铁磁性。     

MOCVD法生长SAWF用ZnO/Diamond/Si多层结构

使用等离子体辅助MOCVD系统在金刚石,硅衬底上成功地制备了氧化锌多层薄膜材料,通过两步生长法对薄膜质量进行了优化。XRD测试显示优化后的样品具有c轴的择优取向生长,PL谱测试表明样品经优化后不仅深能级发射峰消失,同时紫外发射峰增强。对优化后的样品的表面测试显示出较低的表面粗糙度。比较氧化锌多层薄膜结构的声表面波频散曲线,ZnO薄膜声表面滤波器受膜厚和衬底材料的影响较大。当ZnO薄膜较薄时,在它上面的传播速度将与衬底上的传播速度接近,与其他衬底上生长的薄膜相比,以金刚石这种快声速材料为衬底的ZnO多层薄膜结构,声表面波滤波器的中心频率将提高1倍左右。     

射频辅助N掺杂ZnO薄膜的生长及其光电特性

在MOCVD设备中采用改进的射频辅助生长装置,通过裂解N2及N-Al共掺杂的方法进行ZnO的p型掺杂研究。通过二次离子质谱(SIMS)、X射线衍射(XRD)、原子力显微镜(AFM)、光致发光(PL)谱等方法分析了薄膜中N杂质的浓度,以及射频功率与晶体质量、表面形貌以及光学特性之间的关系,并与Al掺杂和N掺杂的ZnO薄膜进行对比。实验结果表明,N掺杂的浓度高达1020cm-3;N-Al共掺杂极大地增加了ZnO的成核速率,其主要原因是N离化所起的作用;N-Al共掺的ZnO薄膜显示出p型性质,而N掺杂的ZnO薄膜由于N原子处于非激活状态而呈现高阻,这说明N-Al共掺杂对ZnO中N原子的活化起到一定作用。     

柔性衬底上ALD法低温制备的ZnO薄膜的光学和电学特性(英文)

以二乙基锌和水分别作为金属前驱体和反应物,利用原子层沉积方法(ALD)在柔性衬底上生长ZnO薄膜,讨论了生长温度对薄膜特性的影响。用AFM、XRD和HALL等对薄膜的表面形貌、晶体结构和电学性质进行表征,并且用PL光谱表征了其光学特性。实验结果表明,随着生长温度(低温下)的升高,薄膜的晶体质量和光学特性得到改善。当生长温度为170℃时,薄膜呈现良好的c轴择优取向,且具有较高的电子浓度(5.62×1019cm-3)和电子迁移率(28.2 cm2·V-1·s-1)。     

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。     

表面预处理对氧化锌薄膜质量的影响

用MOCVD方法在c面蓝宝石衬底上生长ZnO薄膜。生长前衬底表面进行预处理,观察不同表面预处理对ZnO薄膜质量的影响。测量氧化锌的XRD谱,观察表面预处理后对氧化锌薄膜结晶质量的影响。室温下用325nm的He-cd激光器作为激发源测量ZnO薄膜的紫外发光谱,观察表面处理后对ZnO薄膜发光特性的影响。用HL5500 Hall System分别对ZnO薄膜的电学特性进行了测试。得到了ZnO薄膜的电阻率和霍尔迁移率,并得到氧气气氛处理后电阻率变小,霍尔迁移率变大;氮气气氛射频处理后电阻率变大,霍尔迁移率变小的结果。     

电化学方法制备ZnO纳米颗粒掺杂类金刚石薄膜及其场发射性能研究

采用液相电化学沉积技术制备了ZnO纳米颗粒掺杂的类金刚石(DLC)薄膜, 研究了ZnO纳米颗粒掺杂对DLC薄膜场发射性能的影响. 利用X射线光电子能谱、透射电子显微镜、Raman光谱以及原子力显微镜分别对薄膜的化学组成、 微观结构和表面形貌进行了表征. 结果表明: 薄膜中的ZnO纳米颗粒具有纤锌矿结构, 其含量随着电解液中Zn源的增加而增加. ZnO纳米颗粒掺杂增强了DLC薄膜的石墨化和表面粗糙度. 场发射测试表明, ZnO纳米颗粒掺杂能提高DLC薄膜的场发射性能, 其中Zn与Zn+C的原子比为10.3%的样品在外加电场强度为20.7 V/μm时电流密度达到了1 mA/cm². 薄膜场发射性能的提高归因于ZnO掺杂引起的表面粗糙度和DLC薄膜石墨化程度的增加.     

RF磁控溅射条件对ZnO薄膜结构的影响

采用RF磁控溅射法在Si（001）衬底上制备ZnO薄膜。研究发现了工作中溅射频率、氧气和氩气流量比对样品结构的影响。样品的XRD图谱显示了强的（002）ZnO衍射峰，表明ZnO薄膜为c轴高取向生长。比较不同条件下制备的ZnO薄膜，研究发现当氧气和氩气的流量比相同时，随着溅射功率的增加，样品的（002）衍射峰增强，半高全宽变小。而当溅射功率相同时，随着氧气和氩气的流量比增加，样品的（002）衍射峰也增强，半高全宽同样变小。此外，本文还分析了溅射工艺和薄膜晶体质量之间关系，发现在相同的功率条件下，溅射率低时晶粒尺寸更大且薄膜的结晶性更好。