射频磁控溅射生长ZnO薄膜及性能研究

采用射频磁控溅射技术在玻璃衬底生长ZnO及ZnO∶ Al薄膜,通过改变氩氧比、衬底温度和溅射功率获得样品.用X射线衍射仪、紫外-可见分光光度计、扫描电子显微镜进行表征.结果发现:室温下40W的溅射功率1h的溅射时间,改变氩氧比获得样品.XRD图谱中无明显衍射峰出现;紫外可见光分光光度计测试结果显示400nm波长以下,透光率在90;以上.说明薄膜生长呈无定形.衬底温度高于200℃样品,XRD有明显(002)衍射峰出现,在400～ 800 nm波长范围,透光率在88;以上,衬底温度300℃时,XRD衍射峰半高宽最小,晶粒尺寸大.TEM显示:衬底300℃晶粒尺寸最大,晶体发育好.在200℃掺铝ZnO薄膜,(002)峰不明显,有(101)峰出现.     

Al2O3衬底上生长ZnO薄膜的结构和光学特性

用脉冲激光沉积法在Al2O3(0001)衬底上沉积了ZnO薄膜.衬底温度分别为300℃、400℃、500℃、600℃和700℃.利用X射线衍射(XRD)和光致发光谱(PL)对薄膜的结构和光学性能进行研究.X射线衍射的结果表明在不同温度下生长的ZnO薄膜均具有高度c轴择优取向,衬底温度400℃时,膜的应力较小质量较高.ZnO薄膜有很强的紫外发光峰,紫外发光峰的强度与衬底温度密切相关,并发现当衬底温度从300℃增到400℃时,紫外发射峰出现6nm的蓝移.     

溶胶-凝胶法制备ZnO薄膜及其微结构特性研究

采用溶胶-凝胶法(Sol-Gel)制备氧化锌(ZnO)薄膜,研究镀膜层数和退火温度对ZnO薄膜晶体结构、光谱性质及表面形貌的影响.X射线衍射谱测试表明,退火温度为600℃、镀膜层数为10层时制备样品的晶粒尺寸最大,结晶度最好.紫外-可见透过谱发现,样品退火后其透过率曲线变得陡直,光学带隙随退火温度升高而逐渐减小.光致发光谱测试显示,ZnO薄膜的发光谱包含388 nm和394 nm附近的两个主要发光峰,分别对应于本征发射和缺陷发射,其强度随退火温度升高呈现相反的变化.原子力显微照片则显示了随退火温度的升高制备样品表面晶粒的分布趋于均匀而致密.     

基于直流磁控溅射室温制备ZnO薄膜研究

采用直流磁控溅射法在P型<100>晶向单晶硅衬底上室温制备ZnO薄膜,对室温制备的ZnO薄膜分别在500℃、600℃、700℃进行高温退火,通过采用X射线衍射(XRD)、拉曼光谱和场发射扫描电子显微镜(SEM)、HP4145B型半导体参数测试仪分析不同退火温度对室温生长ZnO薄膜微结构、表面形貌和,Ⅰ-Ⅴ特性影响.实验结果表明,室温生长的ZnO薄膜为非晶态,随退火温度增加,ZnO薄膜出现(002)、(100)、(101)晶面衍射峰且逐渐增强,晶粒大小相对增加,在700℃退火后,呈高度c轴择优取向,晶粒间界明显,拉曼光谱E2模增强.     

MOCVD法在(220)CaF2衬底上生长ZnO薄膜及其性能研究

采用金属有机化学汽相沉积(MOCVD)法在(220)CaF2衬底上外延生长ZnO薄膜.利用X射线衍射(XRD)、紫外-可见光谱和光致发光谱(PL)对ZnO薄膜的结构和光学性能进行了分析.XRD结果表明,所制备的ZnO薄膜结晶性能良好,具有高度的(002)的择优取向,002衍射峰的半高宽(FMHM)为0.115°.所制备的ZnO薄膜透明,透过率超过85;.在常温的(He-Cd激光器)PL谱中,只有378.5 nm的带边发射.用同步辐射光源测试的真空紫外光谱中,在低温20K时,出现218 nm、368 nm、418 nm、554 nm发光峰,其中368 nm峰强度随着温度的升高强度逐渐下降,到常温时几乎消失.     

退火对Si(111)衬底上ZnO薄膜的结构和发光特性的影响

采用磁控溅射法在硅(111)衬底上制备了C轴高度取向的ZnO薄膜,并研究了退火温度和氧气气氛对ZnO薄膜晶体质量、晶粒度大小和光致发光谱的影响.X射线衍射表明,所有薄膜均为高度C轴择优取向,当退火温度低于900℃时,随着退火温度的升高,薄膜的取向性和结晶度都明显提高.室温下对ZnO薄膜进行了光谱分析,退火后的样品均可观测到明显的紫光发射.在一定的退火温度范围内,还可以观测到明显的紫外双峰.空气中退火的样品,当退火温度达到或高于600℃还可观测到绿光发射.实验结果表明,发光峰强度随退火温度和氧气气氛不同而不同,通过改变退火时的温度和氧气气氛可以改变ZnO薄膜的微结构和发光性质.     

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.     

退火对电弧离子镀制备的ZnO薄膜的影响

采用阴极电弧离子镀在Si、Al2O3以及玻璃衬底上制备出具有择优取向的ZnO薄膜,并对其进行退火处理.利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、光致发光光谱(PL)、紫外-可见光光谱仪对ZnO薄膜的结构、表面形貌和光学性能进行分析.XRD结果表明,所制备的ZnO薄膜具有很好的ZnO(002)择优取向,退火使ZnO(002)衍射峰向高角度方向偏移.SEM结果表明,随着退火温度升高,表面晶粒由隆起的山脉或塔状变为平面状,晶粒002面呈六边状.PL谱结果表明,随着退火温度的升高,紫外发光峰强度逐渐增强,可见光发光峰强度逐渐相对减弱.紫外可见光透过谱结果表明,退火使可见光透过率增高,光学带隙发生红移.     

超声喷雾热分解法制备ZnO薄膜及衬底温度对其性能的影响

以醋酸锌水溶液为前驱体溶液,采用超声喷雾热分解法在玻璃衬底上制备得到了温度在350℃到450℃范围内的ZnO薄膜.用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)及紫外-可见分光光度计分析了ZnO薄膜的晶体结构、微观形貌及其光学性质,重点探究了衬底温度对ZnO薄膜生长过程及微观结构的影响.分析表明:制备的ZnO薄膜为六角铅锌矿结构,衬底温度对薄膜的质量有着重要的影响;所得薄膜在400℃时结晶性能好,沿c轴择优取向生长,具有优良的均匀性和致密性;所制备的薄膜在可见光区透过率高达86;以上,在紫外光区吸收强烈.     

热丝CVD法在单晶硅衬底上低温外延生长Si和Ge薄膜的研究

采用热丝CVD法在单晶Si衬底上进行了Si和Ge 薄膜的低温外延生长,用XRD和Raman谱对其结构性能进行了分析.结果表明:在衬底温度200 ℃时,Si(111)单晶衬底上外延生长出了Raman峰位置为521.0 cm-1;X射线半峰宽(FWHM)为5.04 cm-1.结晶质量非常接近于体单晶的(111)取向的本征Si薄膜;在衬底温度为300 ℃时,在Si(100)单晶衬底上异质外延,得到了Raman峰位置为300.3 cm-1的Ge薄膜,Ge薄膜的晶体取向为Ge(220).研究表明热丝CVD是一种很好的低温外延薄膜的方法.