GaxN2:Zn3-x薄膜的分子束外延生长及其光学和电子输运性能表征

本文采用分子束外延技术,通过对金属分子束的精确控制,在MgO(002)基底上成功生长了Ga_xN₂∶Zn_3-x合金薄膜.高分辨率单晶X光衍射仪表征结果表明Ga_xN₂∶Zn_3-x合金薄膜仍是以(400)Zn₃N₂为主导的复合晶体结构,对衍射数据的分析得到该薄膜晶粒尺寸小.用扫描电子显微镜和能谱射线分析仪对其表面和成分做了深入的分析和讨论,在固定的金属流量比的生长环境下,不同厚度的样品在成膜后x均为0.65,化学通式Zn_2.35Ga_0.65N₂.该结果表明Ga元素属于重度掺杂,同时也体现了分子束外延技术在共掺杂技术中的优越性.本文也测量并讨论了Zn_2.35Ga_0.65N₂薄膜的光学性能,实验得到的1.85 eV的光学带隙与理论推算基本吻合,说明Ga的掺入有Ga-N结构...     

退火对Mn和N共掺杂的Zn0.88Mn0.12O:N薄膜特性的影响

以NH₃为掺N源,采用电子束反应蒸发技术生长了Mn和N共掺杂的Zn_1-xMn_xO:N薄膜,生长温度为300℃,然后在O₂气氛中400℃退火0.5 h.X射线衍射测量表明,Zn_0.88Mn_0.12O(Mn掺杂)薄膜或Zn_0.88Mn_0.12O:N(Mn和N共掺杂)薄膜仍具有单一晶相纤锌矿结构,未检测到杂质相 关键词： ZnO薄膜 Mn和N共掺杂 电学特性 磁特性     

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。     

氮化硅薄膜的微结构

利用TEM,STM和PDS显微光度计研究了ECR-PECVD技术制备的Si₃N₄薄膜的微结构.结果表明：在较低沉积温度下，ECR-PECVD制备的Si₃N₄薄膜是一种纳米α-Si₃N₄薄膜，其晶粒粒度在14—29nm间，而且这种薄膜具有较好的表面平整度.初步分析了ECR-PECVD制备的Si₃N₄在较低沉积温度下形成晶态薄膜的机理. 关键词：     

原位氧化Zn3N2制备P型ZnO薄膜的性能研究

采用射频反应溅射法在玻璃衬底上制备Zn3N2薄膜,然后向真空室中通入纯氧气进行热氧化制备ZnO薄膜.利用X射线衍射、扫描电子显微镜、霍尔效应测量、透射光谱和光致发光光谱等表征技术,研究了氧化温度和氧化时间对ZnO薄膜的结晶质量、电学性质和光学性能的影响.研究结果显示,450℃下氧化2h后的样品中除含有ZnO外,还有Zn3N2成分,500℃下氧化2h可以制备出电阻率为0.7Ωcm,空穴载流子浓度为1017cm-3,空穴迁移率为0.9cm2/Vs的具有c轴择优取向的p型ZnO薄膜.此时的ZnO薄膜具有良好的光学特性,紫外可见光范围内透过率为85%,处于紫外区域的激子复合产生的发光峰很强,且半高宽较窄,而处于可见光部分来自于深能级发射的绿色发光峰很弱.这种工艺制备的ZnO薄膜质量较好,有利于实现在短波长光电器件方面的应用.     

磁控共溅射法制备的Zn2GeO4多晶薄膜结构及其光致发光研究

用射频磁控共溅射方法在不同温度的单晶硅基片上生长薄膜,然后在800℃真空环境下对薄膜进行退火处理,成功获得了结晶状态良好的Zn₂GeO₄多晶薄膜.利用X射线衍射(XRD),X射线光电子能谱(XPS)和原子力显微镜(AFM)对薄膜进行了结构、成分和形貌分析,研究了基片温度对三者的影响. 结果显示,当基片温度升高到400℃以上时,薄膜中的Zn₂GeO₄晶粒在(220)方向上显示出了明显的择优取向. 当基片温度在500—600℃范围内,有利于GeO₂结晶相的形成. XPS显示薄膜中存在着Zn₂GeO₄,GeO₂,GeO,ZnO四种化合态. 同时,随着基片温度的升高,晶粒尺寸增大且薄膜表面趋于平整. 薄膜的光致发光在绿光带存在中心波长为530和550nm两个峰,应该归因于主体材料Zn₂GeO₄中两个不同的Ge²⁺的发光中心. 关键词： 射频磁控溅射 2GeO₄')" href="#">Zn₂GeO₄ 荧光体     

纳米VO2/ZnO复合薄膜的热致变色特性研究

为提高VO₂薄膜的热致变色性能,采用纳米结构和复合结构二者相结合的方法,通过磁控溅射技术先在玻璃衬底上制备高(002)取向ZnO薄膜,再在ZnO层上室温沉积钒金属薄膜,最后经热氧化处理获得纳米结构VO₂/ZnO复合薄膜.利用变温拉曼光谱观察分析了VO₂/ZnO薄膜相变前后的晶格畸变和键态的演变过程,讨论了薄膜的结构与热致红外开关特性和相变温度的内在关系.结果显示,与相同条件获得的同厚度的单层VO₂薄膜相比,纳米VO关键词： ZnO 2')" href="#">VO₂ 纳米复合薄膜 热致变色 拉曼光谱     

Mn和N共掺ZnO稀磁半导体薄膜的研究

使用对Zn₂N₃:Mn薄膜热氧化的方法成功制备了高含N量的Mn和N共掺ZnO的稀磁半导体薄膜.在没有N离子共掺的情况下,ZnO:Mn薄膜的铁磁性非常微弱;如果进行N离子的共掺杂,就会发现ZnO:Mn薄膜在室温下表现出非常明显的铁磁性,饱和离子磁矩为0.23 μ_B—0.61 μ_B.这说明N的共掺激发了ZnO:Mn薄膜中的室温铁磁性,也就是受主的共掺引起的空穴有利于ZnO中二价Mn离子的铁磁性耦合,这和最近的相关理论研究符合很好. 关键词： 磁性半导体 受主掺杂 空穴媒介的铁磁性     

温度对ZnO/Al2O3(0001)界面的吸附、扩散及生长初期模式的影响

构建了一个ZnO沉积在α-Al₂O₃(0001)表面生长初期的模型，采用基于密度泛函理论的平面波超软赝势法进行了动力学模拟.发现在400，600和800℃的条件下界面原子有不同的扩散能力，因此温度对ZnO/α-Al₂O₃(0001)表面界面结构以及ZnO薄膜生长初期模式有决定性的影响.在整个ZnO吸附生长过程中，O原子的扩散系数大于Zn原子的扩散系数，O原子的层间扩散对薄膜的均匀生长起着重要作用.进一步从理论计算上证实了ZnO在蓝宝石(0001)上两种生长模式的存在，400℃左右生长模式主要是Zn螺旋扭曲生长，具有Zn六角平面对称特征，且有利于Zn原子位于最外表面.600℃左右呈现为比较规则的层状生长，且有利于O原子位于最外表面.模拟观察到在ZnO薄膜临近Al₂O₃基片表面处，Zn的空位缺陷明显多于O的空位缺陷. 关键词： 扩散 薄膜生长 2O₃(0001)')" href="#">α-Al₂O₃(0001) ZnO     

单晶和孪晶的Zn0.96Co0.04O稀磁半导体薄膜的制备与研究

采用分子束外延技术分别在不同晶面的蓝宝石（sapphire Al₂O₃）基片上制备了沿c轴生长的Zn_0.96Co_0.04O稀磁半导体薄膜.发现在Al₂O₃（1120）晶面（a面）上薄膜是二维层状外延生长的高质量单晶薄膜,而在Al₂O₃（0001）晶面（c面）上薄膜却具有有趣的孪晶结构,部分区域相互之间有一个30°的面内转动来减少和基片之间的失配度.在孪晶薄膜中存在的这些相互旋转形成的区域界面上会引起载流子强烈的散射作用,导致载流子迁移率的下降和平均自由程的缩短.利用X射线吸收精细结构技术证明了无论单晶还是孪晶的Zn_0.96Co_0.04O薄膜中所有的Co都以+2价替代进入了ZnO的晶格,而没有形成任何杂相.而对其磁性研究发现,孪晶的薄膜样品比高质量的单晶薄膜样品具有大得多的饱和磁矩.这充分说明孪晶薄膜中的铁磁性来源与缺陷有关.我们还对铁磁性耦合机制进行了探讨. 关键词： Co掺杂ZnO 稀磁半导体 X射线吸收精细结构 单晶和孪晶薄膜     

溶胶-凝胶制备ZnO-SiO2复合膜的量子效应和上转换发光

采用溶胶-凝胶技术在玻璃衬底上制备了ZnO薄膜和ZnO-SiO₂复合膜.原子力显微镜照片显示ZnO薄膜具有球状纳米晶粒;可见光-紫外透射光谱表明ZnO-SiO₂复合膜在可见光区的透过率大约是85%,透过率从330 nm开始下降,到290 nm附近降为零.由于量子效应,吸收边出现明显的蓝移.在室温下用不同波长的光激发ZnO-SiO₂复合膜,光致发光谱显示ZnO-SiO₂复合膜对应于激子发射的290 nm附近的紫外发光峰与透射谱所显示的吸收边位置一致,没有出现斯托克斯红移.同时,ZnO-SiO₂复合膜出现了双光子和三光子吸收现象和上转换发光现象. 关键词： 2')" href="#">ZnO-SiO₂ 量子效应 双光子和三光子吸收 上转换发光     

纳米ZnO和ZnO-SiO2复合薄膜的光学性质研究

通过溶胶凝胶(sol-gel)法分别在玻璃衬底上制备了ZnO纳米薄膜和ZnO-SiO₂纳米复合薄膜,并利用紫外-可见光分光光度计对薄膜的光学性能进行了分析.可见光-紫外透射谱显示,随着ZnO溶胶浓度从0.7mol/L降低到0.006mol/L,制备的ZnO薄膜从只出现一个380nm(对应的光学禁带宽度为3.27eV)左右的吸收边到在380和320nm(对应的光学禁带宽度为3.76eV)左右各出现一个吸收边,并且随着ZnO溶胶浓度的降低,在380—320nm波段内的透过率明显提高.而Z 关键词： 纳米ZnO 2复合薄膜')" href="#">ZnO-SiO₂复合薄膜 溶胶凝胶法 透射率     

射频磁控溅射法生长MgxZn1-xO薄膜的结构和光学特性

用射频磁控溅射法在80℃的衬底温度下制备出Mg_xZn_1-xO(0≤x ≤030)薄膜.x射线 衍射(XRD)结果表明，Mg_xZn_1-xO薄膜为单相六角纤锌矿结构， 没有形成任何显著 的MgO分离相，Mg_xZn_1-xO薄膜的择优取向平行于与衬底垂直的 c轴；c轴晶格常数随着Mg含量的增加逐渐减小.在Mg_xZn_1-xO薄膜的光透射谱中出现 锐利的吸收边，由透 射谱估算出Mg_xZn_1-xO薄膜的带隙宽度由332eV(x=0)线性地 增加到396eV(x=030). 关键词： xZn_1-xO薄膜')" href="#">Mg_xZn_1-xO薄膜 射频磁控溅射 Mg含量     

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     

The effects of thermal annealing in NH3 -ambient on the p-type ZnO films

Thermal annealing in NH₃-ambient was carried out to form p-type ZnO films. The properties were examined by X-ray diffraction (XRD), Hall-effect measurement, photoluminescence (PL), and secondary ion mass spectrometry (SIMS). Electron concentrations in ZnO films were in the range of 10¹⁵–10¹⁷/cm³ with thermal annealing in NH₃-ambient. The activation thermal annealing process was needed at 800 C under N₂-ambient to obtain p-type ZnO. The electrical properties of the p-type ZnO showed a hole concentration of 1.06×10¹⁶/cm³, a mobility of 15.8 cm²/V s, and a resistivity of 40.18 Ω cm. The N-doped ZnO films showed a strong photoluminescence peak at 3.306 eV at 13 K, which is closely related to neutral acceptor bound excitons of the p-type ZnO. The incorporation of nitrogen was confirmed in the SIMS spectra.     

The optical properties of MgxZnl-xO thin films

Mg_xZn_1-xO thin films have been prepared on silicon substrates by radio frequency magnetron sputtering at 60℃. The thin films have hexagonal wurtzite single-phase structure and a preferred orientation with the c-axis perpendicular to the substrates. The refractive indices of Mg_xZn_1-xO films are studied at room temperature by spectroscopic ellipsometry over the wavelength range of 400--760\,nm at the incident angle of 70℃. Both absorption coefficients and optical band gaps of Mg_xZn_1-xO films are determined by the transmittance spectra. While Mg content is increasing, the absorption edges of Mg_xZn_1-xO films shift to higher energies and band gaps linearly increase from 3.24.eV at x=0 to 3.90\,eV at x=0.30. These results provide important information for the design and modelling of ZnO/ Mg_xZn_1-xO heterostructure optoelectronic devices.     

Structural and optical properties of ZnO thin films on (111) CaF2 substrates grown by magnetron sputtering

ZnO thin films were grown on (111) CaF₂ substrates by magnetron sputtering at room temperature. Structural and optical properties of the ZnO thin films were studied. XRD analysis showed that the ZnO thin films had the (002) preferential orientation. The transmittance of ZnO thin films was over 80% in the visible range. The optical band gap of the ZnO thin films was 3.26 eV. The optical constants (n,k)$(n,k)$ of the ZnO thin films in the wavelength range 300–1000 nm were obtained by infrared spectroscopic ellipsometry measurement. PL spectra of ZnO thin films showed strong UV near-band-edge emission peak at 376.5 nm and weak visible red emission at 643.49 nm using He–Cd laser as the light source, using a synchrotron radiation light source PL spectra showed three emission peak at 320 nm, 410 nm and 542 nm respectively.     

低成本溶胶-凝胶法制备SiO2/TiO2双层膜的减反射与自清洁性能

将玻璃基底依次在低成本的SiO₂溶胶和TiO₂溶胶中浸渍后,在500 oC下煅烧制备了同时具备减反射与自清洁性能的SiO₂/TiO₂双层膜．该膜的光学性能与结构特征分别通过紫外-可见分光光度计和场发射扫描电镜进行了表征．同时,源于超亲水性和光催化作用的自清洁性能也凸显出来．实验结果表明制备SiO₂/TiO₂双层膜对光的透射率最高可达到95%,同时具备自清洁性能．     

N离子注入富氧ZnO薄膜的p型导电及拉曼特性研究

采用射频磁控溅射法在富氧环境下制备ZnO薄膜, 继而结合N离子注入及热退火实现薄膜的N掺杂及p 型转变, 借助霍尔测试和拉曼光谱研究了N离子注入富氧ZnO薄膜的p型导电及拉曼特性. 结果表明, 在 600 ℃温度下退火120 min可获得性能较优的p-ZnO: N薄膜, 其空穴浓度约为2.527×10¹⁷ cm^-3. N离子注入ZnO引入了三个附加拉曼振动模, 分别位于274.2, 506.7和640.4 cm^-1. 结合电学及拉曼光谱的分析发现, 退火过程中施主缺陷与N受主之间的相互作用对p-ZnO的形成产生重要影响.