原子层沉积Sn掺杂ZnO薄膜结构及光电性能的研究

采用原子层沉积方法以臭氧为氧源,分别在Si和K-9玻璃衬底沉积Sn掺杂ZnO薄膜.系统研究了Sn掺杂浓度对ZnO薄膜成分、晶体结构及光电性能的影响.XRD分析表明:所制备SnZO薄膜具有垂直于衬底表面的c轴择优取向.XPS分析表明:在ZnO中掺杂离子以Sn4+形式存在.Hall分析表明Sn是一种有效的施主掺杂元素,其通过置换Zn2+位置释放导电电子.当Sn掺杂浓度为1.8at;时,Hall测试表明ZnO薄膜具有最低电阻率为9.5×10-4Ω·cm,载流子浓度达到最高值为3.2×1020 cm-3,进一步增加Sn浓度使得ZnO薄膜电学性能变差.SnZO薄膜在可见光区域的光透过率超过85;,光学带隙值由未掺杂ZnO的3.26 eV增加到5.7at; Sn掺杂时3.54 eV.     

溶胶-凝胶法制备Mg掺杂ZnO薄膜的微结构与光学性质

采用溶胶-凝胶技术在Si(111)和石英玻璃衬底上制备了Mg掺杂ZnO薄膜.用X射线衍射仪(XRD)、原子力显微镜(AFM)、扫描电镜(SEM)和紫外-可见(UV-Vis)分光光度计测试薄膜的微结构、表面形貌和光学性质.结果表明:所得Mg掺杂ZnO薄膜仍为六角纤锌矿型结构,呈c轴方向择优生长,随着退火温度升高,薄膜的晶格常数c由0.5288 nm减小到0.5278 nm,粗糙度从3.8 nm增大到6.5 nm,光学带隙由3.26 eV增大到3.31 eV.     

Al-H共掺杂ZnO薄膜的形貌及光致发光性能研究

在不同衬底温度条件下采用RF磁控溅射法在石英玻璃上沉积Al-H共掺杂ZnO薄膜.对所有样品进行晶体结构、表面形貌、电学、光学以及室温光致发光性能分析.结果表明:随着衬底温度的升高,ZnO薄膜的结晶度增加,晶粒增大,薄膜致密度增加;薄膜表面起伏变化减小;同时,电阻率最低达到7.58×10-4Ω·cm,透过率保持在75;左右.所有ZnO薄膜样品都以本征发光为主,Al-H共掺杂在一定程度降低ZnO薄膜缺陷发光的强度;随着衬底温度的升高,ZnO薄膜的本征发光强度明显增大;同时在能量为3.45 eV附近观察到了一个紫外发光峰.     

In掺杂量对ZnO薄膜微结构和光学性质的影响

采用溶胶-凝胶法分别制备未掺杂和In掺杂ZnO薄膜,用X射线衍射仪、扫描电镜和紫外可见分光光度计测试分析薄膜的微结构、表面形貌和光学性质.结果表明:In掺杂ZnO薄膜仍为六角纤锌矿结构,但In的掺入抑制ZnO薄膜的结晶,使得薄膜的结晶度降低.In掺杂ZnO薄膜表面呈网络状结构,随着In掺杂量的增加,表面起伏程度减小,空隙减少,表面平整,致密度提高.In掺杂ZnO薄膜的光学带宽Eg值均小于未掺杂ZnO薄膜,且随In掺杂量的增加先增大后减小,并用Burstein-Moss效应和缺陷浓度变化对光学带宽变化进行了解释.     

衬底温度对磁控溅射法制备掺Ta氧化锌薄膜性能的影响

采用射频磁控溅射法,在不同的衬底温度下制备了钽(Ta)掺杂的氧化锌(ZnO)薄膜,采用X射线能谱(EDS)、X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、紫外-可见分光光度计和光致发光(PL)光谱研究了衬底温度对制备的Ta掺杂ZnO薄膜的组分、微观结构、形貌和光学特性的影响.EDS的检测结果表明,Ta元素成功掺入到了ZnO薄膜;XRD图谱表明,掺入的Ta杂质是替代式杂质,没有破坏ZnO的六方晶格结构,随着衬底温度的升高,(002)衍射峰的强度先增大后降低,在400℃时达到最大;SEM测试表明当衬底温度较高时(400℃和500℃),Ta掺杂ZnO薄膜的晶粒明显变大;紫外-可见透过光谱显示,在可见光范围,Ta掺杂ZnO薄膜的平均透光率均高于80;,衬底不加热时制备的Ta掺杂ZnO的透光率最高;制备的Ta掺杂ZnO薄膜的禁带宽度范围为3.34~3.37eV,衬底温度为500℃时制备的Ta掺杂ZnO薄膜的禁带宽度最小,为3.34eV.PL光谱表明衬底温度为500℃时制备的Ta掺杂ZnO薄膜中缺陷较多,这也是造成薄膜禁带宽度变小的原因.     

F掺杂对溶胶-凝胶法制备的ZnO∶ Fe薄膜结构及光学性质的影响

采用溶胶-凝胶法在玻璃衬底上制备了Zn0.98-xFe0.02FxO(x =0,0.01,0.02,0.03,0.04)薄膜,进而利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、紫外-可见透过谱(UV-VIS)、光致发光(PL)多种测试手段研究了不同掺F浓度对ZnO∶ Fe薄膜的表面形貌、微结构、禁带宽度及光致发光的影响.结果表明:样品均为六角纤锌矿结构,当F掺杂浓度为2at;时,薄膜的结晶度最好且表现出明显的c轴择优取向.随着F掺杂浓度的进一步增大,薄膜的结晶性逐渐变差,c轴择优取向消失.F掺杂ZnO∶ Fe薄膜在可见光区均有很高的透过率,平均可达93;.样品的禁带宽度随着掺F浓度的增加而减小.PL谱观察到Zn0.98-xFe0.02FxO薄膜的发射峰主要由紫外发射峰和蓝光发射峰组成,其中2at;F掺杂样品的紫外发射强度最大,同时蓝光发射强度随着F含量的增大逐渐减小.     

Ti含量对溶胶-凝胶法制备Ti、Ga共掺ZnO薄膜性能的影响

采用溶胶-凝胶旋涂法在玻璃衬底上沉积纳米结构Ti、Ga共掺ZnO薄膜(TGZO,Ga掺杂量为1.0;(原子分数,下同)),用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、分光光度计(UV-Vis)、四探针测试仪、霍尔效应测试仪研究了Ti含量对TGZO薄膜的物相组成、表面形貌、电学和光学性能的影响.结果表明:所有TGZO薄膜均表现出六方纤锌矿的多晶结构,并具有(002)择优取向生长,在380～780 nm波长范围内具有良好的透射率(>86;);随着Ti含量的增加,TGZO薄膜的晶粒尺寸和可见光平均透射率均先增加后减小,而光学带隙和电阻率先减小后增加;Ti掺杂量为1.0;时,具有最高的可见光透射率92.82;,最窄的光学带隙3.249 eV,以及最低电阻率2.544×10-3Ω·cm.     

N掺杂MgxZn1-xO薄膜结构和光学性质研究

采用溶胶-凝胶法在玻璃衬底上制备了N掺杂MgxZn1-xO薄膜.通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射光谱、光致发光(PL)谱对N掺杂MgxZn1-xO薄膜样品的晶体结构、表面形貌和光学性能进行了研究.XRD结果表明所有样品均形成了MgZnO合金薄膜,没有观察到其它氧化物的衍射峰.样品的结晶质量越差,样品的表面形貌越不规则,但样品在可见光的透射率越强,甚至达到了95;.样品的禁带宽度随Mg含量的增加而增加,随N含量的增加而减小.所有样品的光致发光谱均观察到强的400 nm发光和弱的可见发光.400 nm的发光强度随Mg含量的增加而减弱,随N含量的增加而增强,认为薄膜在400 nm的发光来源ZnO的激子复合.     

溅射功率对铝铬共掺杂氧化锌透明导电薄膜特性的影响(英文)

室温下,利用直流磁控溅射法在玻璃衬底上制备了铝铬共掺杂氧化锌薄膜,研究了溅射功率(55-130 W)对薄膜结构、残余应力、表面形貌及其光电性能的影响。结果表明,ZnO(002)衍射峰的强度随着溅射功率的增大而增强,晶体结构得以改善。晶格常数、压应力和电阻率均随着溅射功率的增大而减小。当溅射功率为130 W时,制备的ZnO∶Al,Cr薄膜的最低电阻率可达1.09×10-3Ω.cm。功率由55 W增大到130 W时,光学带隙由3.39 eV增大到3.45 eV。紫外-可见透射光谱表明,所有薄膜在可见光范围内平均透过率均超过89%。     

Mg掺杂浓度对MgxZn1-xO薄膜结构和光学性能的影响

通过超声喷雾热解工艺在P型<100>Si衬底上制备了不同Mg掺杂浓度的纳米MgxZN1-xO薄膜.通过扫描电镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)、X射线衍射(XRD)和光致发光(PL)谱的测试对不同Mg掺杂浓度下薄膜的表面形貌、成分、品体结构和光学性能进行了研究.SEM测试结果表明,低Mg掺杂浓度时,MgxZn1-xO表面平整致密,但随Mg浓度的增加,薄膜表而平整度降低.XRD测试结果表明在低浓度下MgxZn1-xO薄膜足ZnO的纤锌矿结构,而没有出现MgO的分相,ZnO的衍射峰峰强随Mg浓度的增加逐渐减弱.不同Mg掺杂浓度下的光致发光谱图均出现了近带边紫外发射峰和可见光发射峰,其中近带边紫外发射峰随掺杂浓度的增大出现了明显的蓝移.