衬底温度对直流磁控溅射法制备掺锆氧化锌透明导电薄膜性能的影响

利用直流磁控溅射法在石英衬底上制备出了高透明导电的掺锆氧化锌(ZnO:Zr)薄膜.研究了衬底温度对ZnO:Zr薄膜结构、形貌及光电性能的影响.XRD表明实验中制备的ZnO:Zr为六方纤锌矿结构的多晶薄膜,具有垂直于衬底方向的c轴择优取向.实验所制备ZnO:Zr薄膜的晶化程度和导电性能对衬底温度有很强的依赖性.当衬底温度为300 ℃时, ZnO:Zr薄膜具有最小电阻率7.58×10-4 Ω·cm,其可见光平均透过率超过了91;.     

直流反应磁控溅射法制备ZnO: Zr透明导电薄膜

以Zn∶ Zr为靶材,利用直流反应磁控溅射法制备了ZnO∶ Zr透明导电薄薄膜.研究了沉积压强对ZnO∶ Zr薄膜形貌、结构、光学及电学性能的影响.实验结果表明所制备的ZnO∶ Zr为六方纤锌矿结构的多晶薄膜,具有垂直于衬底方向的c轴择优取向.沉积压强对ZnO∶ Zr薄膜的晶化程度、形貌、生长速率和电阻率影响很大,而对其光学性能如透光率、光学带隙及折射率影响不大.当沉积压强为2Pa时,ZnO∶ Zr薄膜的电阻率达到最小值2.0×10-3Ω ·cm,其可见光平均透过率和平均折射率分别为83.2％和1.97.     

靶与衬底之间的距离对ZnO∶Zr透明导电薄膜性能的影响

利用直流磁控溅射法在室温玻璃衬底上制备出了可见光透过率高、电阻率低的掺锆氧化锌(ZnO∶Zr)透明导电薄膜。并系统地研究了靶与衬底之间的距离对ZnO∶Zr薄膜结构、形貌、光学及电学性能的影响。实验结果表明,靶与衬底之间的距离对ZnO∶Zr薄膜的生长速率、结晶质量及电学性能有很大影响,而对其光学性能影响不大。实验制备的ZnO∶Zr为六方纤锌矿结构的多晶薄膜,且具有垂直于衬底方向的c轴择优取向。当靶与衬底之间的距离从60 mm减小到50 mm时,薄膜的晶化程度提高、晶粒尺寸增大,薄膜的电阻率减小;然而,当距离继续减小时,薄膜的晶化程度降低、晶粒尺寸减小,薄膜的电阻率增大。当靶与衬底之间的距离为50 mm时,薄膜的电阻率达到最小值4.2×10-4Ω.cm,其可见光透过率超过95%。实验制备的ZnO∶Zr薄膜可以用作薄膜太阳能电池和液晶显示器的透明电极。     

溅射压强对低阻高透过率掺钛氧化锌透明导电薄膜的影响

利用直流磁控溅射法在室温水冷玻璃衬底上制备出了高质量的掺钛氧化锌透明导电薄膜(ZnO: Ti).研究了溅射压强对ZnO: Ti薄膜结构、形貌和光电性能的影响.研究结果表明,溅射压强对ZnO: Ti 薄膜的结构和电阻率有显著影响.X射线衍射(XRD)表明,ZnO: Ti 薄膜为六角纤锌矿结构的多晶薄膜,且具有c轴择优取向.在溅射压强为5.0 Pa时,实验获得的ZnO: Ti薄膜电阻率最小值为1.084 ×10~(-4) Ω· cm.实验制备的ZnO: Ti 薄膜具有良好的附着性能,可见光区平均透过率超过91;.ZnO: Ti薄膜可以用作薄膜太阳能电池和液晶显示器的透明电极.     

薄膜厚度对ZnO:Y薄膜结构及光电特性影响

室温下采用射频磁控溅射法在玻璃衬底上制备出了具有良好附着性、低电阻率和高透过率的新型ZnO∶Y(ZnO掺杂Y2O3,简称ZnO∶Y)透明导电薄膜。研究了薄膜厚度对ZnO∶Y薄膜结构、光电特性的影响。结果表明:不同厚度的ZnO∶Y薄膜均为多晶薄膜,具有ZnO六角纤锌矿结构,最佳取向为(002)方向。随薄膜厚度增加,其电阻率减小,当薄膜厚度增至800 nm时,其电阻率为8.36×10-4Ω.cm,迁移率为15.3 cm2.V-1.s-1,载流子浓度为4.88×1020cm-3。不同厚度的薄膜在可见光范围内平均透过率均为90%以上,当薄膜厚度从200 nm增加到800 nm时,薄膜禁带宽度从3.68 eV减小到3.61 eV。     

溅射功率对ZnO∶Si透明导电薄膜性能的影响

采用直流磁控溅射法在室温玻璃基片上制备出了掺硅氧化锌(ZnO∶ Si)透明导电薄膜.研究了溅射功率对ZnO∶ Si薄膜结构、形貌、光学及电学性能的影响.结果表明,溅射功率对ZnO∶ Si薄膜的生长速率、结晶质量及电学性能有很大影响,而对其光学性能影响不大.实验制备的ZnO∶Si薄膜为六方纤锌矿结构的多晶薄膜,且具有垂直于基片方向的c轴择优取向.当溅射功率从45 W增加到105 W时,薄膜的晶化程度提高、晶粒尺寸增大,薄膜的电阻率减小;当溅射功率为105 W时,薄膜的电阻率达到最小值3.83×10-4 Ω·cm,其可见光透过率为94.41;.实验制备的ZnO∶ Si薄膜可以用作薄膜太阳能电池和液晶显示器的透明电极.     

钛铝共掺杂氧化锌和钛掺杂氧化锌透明导电薄膜的制备与性能对比研究

利用直流磁控溅射法,在相同实验条件下成功沉积出了钛掺杂氧化锌(TZO)透明导电薄膜和钛铝共掺杂氧化锌(TAZO)透明导电薄膜,并对两种薄膜的结构、应力和光电性能进行了对比研究.结果表明:两种薄膜均为具有c轴择优取向的六角纤锌矿结构多晶薄膜;TAZO薄膜的导电性能优于TZO薄膜,100 W溅射功率下制备的TZO薄膜的电阻率具有其最小值5.17×10-4 Ω·cm,而相同功率下TAZO薄膜的电阻率为3.88×10-4 Ω·cm;同时TAZO薄膜的光学性能也优于TZO薄膜,所有TAZO薄膜样品的可见光透过率均大于91;,而TZO薄膜的可见光透过率均大于85;.     

绒面ZnO透明导电薄膜

采用孪生ZnO (Al2 O3 ∶2 % )对靶直流磁控溅射制备高透过率、高电导率的平面ZnO薄膜 (迁移率为 5 .5 6cm2 /V·s,载流子浓度为 4 .5 7× 10 2 0 cm-3 ,电阻率为 2 .4 6× 10 -3 Ω·cm ,可见光范围 (380～ 80 0nm)平均透过率大于 85 % )。用酸腐蚀的方法 ,可以获得绒面效果 ,而反应气压对绒面效果没有影响 ,薄膜的电学特性没有变化 ,绒面对光散射作用增强 ,导致相对于平面ZnO薄膜的透过率要低一些 (可见光范围平均透过率大于 80 % )。     

膜厚对Zr,Al共掺杂ZnO透明导电薄膜结构和光电性能的影响

采用直流磁控溅射法在玻璃衬底上制备出Zr,Al共掺杂ZnO(AZZO)透明导电薄膜.用XRD和SEM分析和观察了薄膜样品的组织结构和表面形貌.研究表明:制备的AZZO透明导电薄膜为六角纤锌矿结构的多晶薄膜,且具有c轴择优取向.另外还研究了薄膜的结构、光学和电学性质随薄膜厚度的变化关系.当薄膜厚度为843 nm时,电阻率具有最小值1.18×10~(-3) Ω·cm,在可见光区(500～800 nm)平均透过率超过93;.     

ITO薄膜的厚度对其光电性能的影响

氧化铟锡(indium-tin oxide, ITO)具有在可见光范围内高度透明的特性和优良的电学特性,通常当作透明电极,被广泛应用于太阳电池和发光元器件上.本研究中用电阻加热反应蒸发的方法制备ITO薄膜,测试了膜的厚度、电阻率、可见光透过率、载流子浓度和迁移率,讨论薄膜的厚度对薄膜光电性能的影响.实验中制备的ITO薄膜,透过率良好,电阻率可达6.37×10-4Ω·cm,载流子浓度和迁移率可分别达到1.91×1020cm-3和66.4cm2v-1s-1.将实验中制备的ITO作为nip太阳能电池透明电极,其短路电流为10.13mA/cm2,开路电压为0.79V,填充因子为0.648,效率可达到5.193;.     

衬底温度对直流反应磁控溅射法制备的N掺杂p型ZnO薄膜性能的影响

利用直流反应磁控溅射法(纯金属锌作为靶材,Ar-N2-O2混合气体作为溅射气体)在石英玻璃衬底上制备了N掺杂p型ZnO薄膜.通过XRD、Hall和紫外可见透射谱分别研究了衬底温度对ZnO薄膜结构性能、电学性能和光学性能的影响.XRD结果显示所有制备的薄膜都具有垂直于衬底的c轴择优取向,并且随着衬底温度的增加,薄膜的晶体质量得到了提高.Hall测试表明衬底温度对p型ZnO薄膜的电阻率具有较大影响,400℃下生长的p型ZnO薄膜由于具有较高的迁移率(1.32 cm2/Vs)和载流子浓度(5.58×1017cm-3),因此表现出了最小的电阻率(8.44Ω·cm).     

Nb掺杂ZnO透明导电薄膜的结构以及光电性能研究

采用直流磁控溅射法在玻璃衬底上制备了高质量的Nb掺杂ZnO( NZO)透明导电薄膜.为了研究薄膜厚度对薄膜性质的影响,制备了五个厚度分别为239 nm,355 nm,489 nm,575 nm和679 nm的样品.XRD结果表明,ZnO∶ Nb薄膜是具有六角纤锌矿结构的多晶薄膜,并且具有垂直于衬底的c轴择优取向.随着膜厚的增加,薄膜的结晶质量明显提高.当厚度从239 nm增加到489 nm时,平均晶粒尺寸从19.7 nm增加到24.7 nm,薄膜的电阻率持续减小;当厚度进一步增加时,晶粒尺寸略有减小,电阻率有所增加.本实验获得的最低电阻率为4.896×10-4Ω·cm.随膜厚的增加,光学带隙先增大后减小.所有薄膜在可见光区域的平均透过率均超过88.3;.     

(Ti/ZnO)N成分调制纳米多层膜的结构与透光导电性研究

采用射频(RF)和单极中频直流脉冲磁控溅射方法,在玻璃基板上制备了(Ti/ZnO)_N成分调制纳米多层膜,并研究了调制周期数对其结构及透光导电性能的影响。通过X射线衍射、拉曼光谱、原子力显微镜、紫外可见吸收光谱以及霍尔效应测试结果表明:(Ti/ZnO)_N成分调制纳米多层膜以(002)取向的纤锌矿型ZnO结构为主,具有明确的成分调制结构,各Ti层和各ZnO层厚度均匀连续,各界面平整且无明显扩散。在可见光范围的平均透光率大于85%,电阻率最小可达到2.63×10^-2 Ω·cm。     

B掺杂对平面结构MOCVD-ZnO薄膜性能的影响

本文研究了B2H6掺杂流量(B掺杂)对平面结构MOCVD-ZnO薄膜的微观结构和光电性能影响.XRD、SEM和AFM测试的研究结果表明,玻璃衬底上制备的ZnO薄膜具有(002)峰择优取向的平面结构,B掺杂使薄膜的球状晶粒尺寸变小,10 sccm流量时晶粒尺寸为～15 nm.ZnO:B薄膜的最小电阻率为5.7×10-3Ω·cm.生长的ZnO薄膜(厚度d=1150 nm)在400～900 nm范围的透过率为82;～97;,且随着B2H6掺杂流量增大,光学吸收边呈现蓝移(即光学带隙Eg展宽)现象.     

CsPbBr3单晶薄膜制备及其X射线探测性能研究

X射线探测在医疗、工业无损检测、国土安全等领域具有重要意义。制备高灵敏度的X射线探测器可以降低X射线剂量,在医疗和安检中至关重要。本文系统研究了采用空间限域法制备的高质量CsPbBr₃单晶薄膜,并用该薄膜制备出了性能良好的X射线探测器。借助偏光显微镜、扫描电子显微镜及其配备的能谱系统和背散射电子衍射系统对薄膜的形貌、厚度、成分和取向进行了分析。研究发现所制备的单晶薄膜表面平整、光滑,元素分布均匀,晶体取向均一。利用该薄膜制备的探测器具有较高电阻率(约7.23×10⁸ W·cm)和极高的灵敏度(约2 610 μC·Gy^-1·cm^-2)。     

p-ZnO薄膜及其异质结的光电性质

采用射频磁控溅射法,在不同的Ar∶O2条件下,以高掺磷n型Si衬底为磷掺杂源制备了p型ZnO薄膜和p-ZnO/n-Si异质结.对ZnO∶P薄膜进行了光致发光谱(PL)、霍尔参数、Ⅰ-Ⅴ特性、扫描电镜(SEM)和X射线衍射谱(XRD)等测试.结果表明,获得的ZnO∶P薄膜沿(0002)晶面高取向生长,以3.33 eV近带边紫外发光为主,伴有2.69 eV附近的深能级绿色发光峰,空穴浓度为8.982 × 1017/cm3,空穴迁移率为9.595 cm2/V·s,p-ZnO/n-Si异质结I-V整流特性明显,表明ZnO∶P薄膜具有p型导电特性.     

热处理工艺对室温制备ZnO:Al薄膜结构与光电性能的影响

采用室温溅射加后续退火工艺制备了ZnO∶ Al透明导电薄膜.研究了热处理工艺对薄膜微观结构和光电性能的影响.研究表明:退火有助于减小Al~(3+)对Zn~(2+)的取代造成的晶格畸变,消除应力,促进晶粒长大,有效提高电子浓度和迁移率,降低电阻率;当溅射功率为80 W、退火温度为320 ℃时,薄膜的电阻率可低至8.6×10~(-4) Ω·cm;退火气氛对薄膜的导电性能有较大影响,真空退火可使吸附氧脱附,大大降低薄膜的方块电阻.而退火温度和退火气氛均对ZnO∶ Al薄膜的透光率没有明显影响,薄膜的透光率在86;以上.     

脉冲式退火法对AZO薄膜性能的研究

用磁控溅射法在玻璃衬底上制备了掺铝氧化锌(AZO)薄膜,然后用脉冲式快速光热处火(PRTP)法对样品进行了600～800℃的退火处理.采用X射线衍射仪(XRD)、分光光度计、四探针等测试手段对AZO薄膜的结晶性能、透光率和导电性能进行了表征.结果表明:(1)薄膜退火后透光率基本维持在退火前(82～92;)的水平,而电阻率则由10-4Ω·cm 上升了1到6个数量级,已丧失了"导电膜"意义;(2)样品具有好的结构性能有利于提高样品的导电性能.对此现象进行了理论分析.     

Growth of nitrogen-doped p-type ZnO films by spray pyrolysis and their electrical and optical properties

Nitrogen-doped ZnO films were deposited on silicon (1 0 0) substrate using zinc acetate and ammonium acetate aqueous solution as precursors by ultrasonic spray pyrolysis. Successful p-type doping can be realized at optimized substrate temperature. The p-type ZnO films show excellent electrical properties such as hole concentration of 10¹⁸ cm⁻³, hole mobility of 10² cm² V⁻¹ s⁻¹ and resistivity of 10⁻² Ω cm. In the photoluminescence measurement, a strong near-band-edge emission was observed, while the deep-level emission was almost undetectable in both undoped and N-doped ZnO films. The growth and doping mechanism of N-doped ZnO films were discussed.