快速退火对PLD法制备SnS薄膜结构和光学性质的影响

利用脉冲激光沉积(PLD)法在玻璃基片上室温生长SnS薄膜,并在Ar气保护下分别在200,300,400,500,600℃对薄膜进行快速退火处理。利用X射线衍射(XRD)、拉曼光谱仪(Raman)、原子力显微镜(AFM)、场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)、紫外-可见-近红外分光光度计(UV-Vis-NIR)、Keithley4200-SCS半导体参数分析仪研究了快速退火温度对SnS薄膜的晶体结构、表面形貌以及有关光学性质和电学性能的影响。所制备的SnS薄膜样品沿(111)晶面择优取向生长,退火温度为400℃时的薄膜结晶质量最好。薄膜均具有SnS特征拉曼峰。随着退火温度的升高,薄膜厚度逐渐减小,而平均颗粒尺寸逐渐增大。不同退火温度下的SnS薄膜在可见光范围内的吸收系数均为10⁵cm^-1量级,400℃时退火薄膜的直接带隙为1.92eV。随着退火温度从300℃升高到500℃,电阻率由1.85×10⁴Ω·cm下降到14.97Ω·cm。

     

Sr0.75Ba0.25Nb2O6薄膜的PLD制备及其光学性能研究

本文采用脉冲激光沉积(PLD)方法在熔石英衬底上制备了Sr0.75Ba0.25Nb2O6(SBN0.75)光波导薄膜,采用Hitachi U-3410紫外-可见分光光度计对SBN0.75薄膜的透射谱进行测量,编程计算得到了薄膜折射率色散关系,同时得到SBN0.75薄膜的厚度和光学带隙分别为647.0nm和3.97eV。采用Metricon 2010棱镜耦合仪测量得到SBN0.75光波导薄膜中能激发的TE模式有4个,TM模式有3个。波长在632.8nm处薄膜的折射率为2.2818。并利用透射谱计算得出的薄膜的折射率和厚度值,根据波导理论导光模本征值的有效折射率表达式,对SBN0.75薄膜中能激发的导光模个数及其对应有效折射率进行图解,其结果与棱镜耦合仪所测得的结果非常吻合。     

金属纳米团簇复合薄膜Au/BaTiO3与Fe/BaTiO3的PLD制备及其光吸收特征

用脉冲激光沉积技术制备了掺杂纳米金属颗粒Au或Fe的BaTiO3复合薄膜.用透射电子显微镜和x射线光电子能谱表征了金属颗粒的形态和化学态.330-800nm范围的吸收谱研究表明,掺Au颗粒的BaTiO3薄膜在580nm附近有一个明显的共振吸收峰,而掺Fe颗粒的BaTiO3薄膜没有这样的吸收峰.用Mie散射理论对结果进行了分析.     

PLD制备的Cu掺杂SnS薄膜的结构和光学特性

利用脉冲激光沉积(PLD)在玻璃衬底上制备了Cu掺杂SnS薄膜.靶材是由SnS和Cu₂S粉末混合压制而成(Cu和Sn的量比分别为0%、2.5%、5%、7.5%和10%).利用X射线衍射(XRD)、拉曼光谱仪(Raman)、原子力显微镜(AFM)、紫外-可见-近红外分光光度计(UV-Vis-NIR)、Keithley4200-SCS半导体参数分析仪研究了Cu掺杂量对SnS薄膜的晶体结构、表面形貌、光学性质和电学性能的影响.结果表明:所制备的SnS薄膜样品沿(111)晶面择优取向生长,SnS:5%Cu薄膜的结晶质量最好且具有SnS特征拉曼峰.随着Cu掺杂量的增大,平均颗粒尺寸逐渐增大.不同Cu掺杂量的薄膜在可见光范围内的吸收系数均为10⁵cm^-1数量级.SnS:5%Cu薄膜的禁带宽度E_g为2.23eV,光暗电导率比值为2.59.同时,在玻璃衬底上制备了p-SnS:Cu/n-ZnS异质结器件,器件在暗态及光照的条件下均有良好的整流特性,并具有较弱的光伏特性.

     

PLD法制备钴掺杂的氧化锌薄膜及其生长形貌和光学性能

用脉冲激光沉积(PLD)方法,在蓝宝石(0001)衬底上,制备了高度c轴取向的Zn1-xCoxO(x=0,0.02,0.05,0.07,0.1)薄膜。X射线衍射(XRD)分析表明,当钴掺杂量≤10mol%时没有出现其他杂峰,即没有出现分相。XPS分析显示Co离子在薄膜中以+2价的形式存在。进一步验证Co2+离子进入ZnO的晶格,对掺钴浓度不同的样品进行了UV-Vis吸收光谱测量。从UV-Vis吸收光谱可以看出随着掺杂浓度的增加,带隙逐渐变窄,证明Co2+取代了Zn2+而进入了ZnO晶格中。从原子力显微镜(AFM)形貌表征可以看出,随着钴掺杂量的提高,ZnO薄膜的表面起伏度有所减小,而且生长晶粒细化,从生长动力学的角度对生长形貌的改善进行了解释。     

Au-BaTiO3复合薄膜的脉冲激光沉积制备及其非线性光学效应

利用脉冲激光沉积技术制备了掺杂金纳米颗粒的钛酸钡复合薄膜Au-BaTiO3,用高分辨透射电镜和X射线光电子能谱对薄膜进行了表征。从透射电镜照片可以看出,制备的样品中金颗粒大小约为2~3 nm,呈球形,均匀分布在载体介质中。X射线光电子能谱给出了Ba3d、Ti2p和Au4f电子芯能级结合能,结果表明载体介质是以BaTiO3的形式存在,而Au以金属的状态掺杂其中。330~800 nm范围的线性吸收谱表明样品中Au颗粒的共振吸收峰在500 nm附近。用单光束纵向扫描方法测量了样品的三阶非线性光学效应,使用的光源为调Q的YAG激光器,波长为532 nm,脉宽为10 ns,得到的非线性折射率和非线性吸收系数分别为-2.42×10-6esu和2.22×10-6m/W,表明了Au-BaTiO3复合薄膜有较大的非线性光学响应。     

PLD方法制备的超硬非晶碳薄膜研究

 用脉冲激光沉积在不同条件下制备非晶碳超硬薄膜,研究了非晶碳超硬薄膜的表面形貌、结构、应力、硬度以及能谱等。原子力显微镜和扫描电镜图像显示,薄膜表面平整、致密且光滑,均方根粗糙度最大为0.877 nm。在高激光重复频率、高激光通量条件下,薄膜有很大的应力,致使膜层褶皱甚至破裂,小角X射线衍射表明薄膜为非晶态且最大残余应力达30 GPa以上,但300 ℃温度的原位退火可以有效降低残余应力;纳米压痕测试表明薄膜硬度大于20 GPa,弹性模量大于200 GPa;X射线光电子能谱表明薄膜中sp3的含量在39%~53%之间变化,并且与激光通量成正比。     

PLD方法制备的纳米Fe/Al薄膜的结构及应力分析

 采用PLD方法制备了Fe/Al合金薄膜，研究了Fe/Al合金薄膜的物相、结构、应力等。研究表明薄膜的沉积速率随着衬底温度的升高而降低。原子力显微镜（AFM）图像显示，薄膜表面平整、致密且光滑，均方根粗糙度小于1 nm。等离子体发射谱（ICP）表明Fe/Al原子比为1∶1。X射线小角衍射（XRD）分析表明薄膜中的物相是Al_0.5Fe_0.5，Al_0.5Fe_0.5晶体具有简单立方结构(SC)，晶格常数为0.297 nm，平均晶粒尺寸为81.74 nm，平均微畸变为0.007 6。     

金属纳米团簇复合薄膜Au/BaTiO3与Fe/BaTiO3的PLD制备及其光吸收特征

用脉冲激光沉积技术制备了掺杂纳米金属颗粒Au或Fe的BaTiO₃复合薄膜.用透射电子显微镜和x射线光电子能谱表征了金属颗粒的形态和化学态.330—800nm范围的吸收谱研究表明,掺Au颗粒的BaTiO₃薄膜在580nm附近有一个明显的共振吸收峰,而掺Fe颗粒的BaTiO₃薄膜没有这样的吸收峰.用Mie散射理论对结果进行了分析.关键词：复合薄膜金属颗粒脉冲激光沉积吸收谱     

PLD方法制备的纳米Fe/Al薄膜的结构及应力分析

采用PLD方法制备了Fe/Al合金薄膜,研究了Fe/Al合金薄膜的物相、结构、应力等。研究表明薄膜的沉积速率随着衬底温度的升高而降低。原子力显微镜（AFM）图像显示,薄膜表面平整、致密且光滑,均方根粗糙度小于1 nm。等离子体发射谱（ICP）表明Fe/Al原子比为1∶1。X射线小角衍射（XRD）分析表明薄膜中的物相是Al0.5Fe0.5,Al0.5Fe0.5晶体具有简单立方结构(SC),晶格常数为0.297 nm,平均晶粒尺寸为81.74 nm,平均微畸变为0.007 6。     

退火处理对ZnS薄膜的结构和光学性质的影响

在200℃下利用激光沉积技术分别在玻璃和Si(100)上沉积制备了ZnS薄膜,并在300,400,500℃下退火1h。用X射线衍射(XRD)仪、紫外/可见光/近红外分光光度计、台阶仪和原子力显微镜(AFM)分别对不同衬底上样品的特征进行了观察。结果表明,玻璃上的ZnS薄膜只在28.5°附近存在着(111)方向的高度取向生长。在可见光范围内透射率为60%~90%。计算显示薄膜的光学带隙在3.46~3.53eV之间,其小于体材料带隙的原因在于硫元素的缺失。根据光学带隙判断薄膜是单晶立方结构的β-ZnS。Si(100)上生长的是多晶ZnS薄膜:500℃下退火后,表面也比未退火表面更加平整致密,变化规律与ZnS/glass的类似。说明高温下退火可以有效地促进晶粒的结合并改善薄膜质量。     

利用脉冲激光沉积法制备高Mg掺杂的六方相MgZnO薄膜

选用Mg_0.2Zn_0.8O陶瓷靶,利用脉冲激光沉积(PLD)法,在单晶Si(100)和石英衬底上生长了一系列MgZnO薄膜(MZO)。通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线能谱(EDS)和紫外可见光透射光谱(UV-Vis)等实验手段,研究了在不同工作压强下生长的薄膜样品的晶体结构、微观形貌和光学性能的变化。结果表明:所有的薄膜样品都是单一的ZnO六方相,禁带宽度随生长压强的升高而增加,变化范围在3.83~4.05eV之间,最短吸收边接近300nm。     

两种不同(Ba,Sr)TiO3薄膜介电-温度特性的研究

研究并比较了两种不同(Ba_0.5,Sr_0.5)TiO₃(BSTO)薄膜介电-温度特性.采用脉冲激光沉积技术在Pt/Ti/SiO₂/Si(100)衬底上制备BSTO薄膜,发现制备条件的不同,可以得到介电性质完全不同的BSTO薄膜.在550℃和氮气氛下制备的BSTO薄膜在常温下具有很高的介电常数,在10kHz下,超过2500,并在200K温度以上介电常数基本不变.它的一些电学性质不同于在正常条件(650℃和氧气氛下)制得的BSTO薄膜,而类似于目前广泛报道的巨介电常数材料如CaCu_３Ti_４O₁₂.两种薄膜介电性质测试结果表明: 氧气氛下制备的BSTO薄膜呈现铁电-顺电相变,符合居里-外斯定律;低温氮气氛下制备的BSTO薄膜,介电弛豫时间和温度的关系符合德拜模型,是热激发弛豫.文中给出了产生这种介电特性的初步解释.关键词：薄膜脉冲激光沉积介电弛豫     

ZnO薄膜近带边紫外发光的研究

用ZnO陶瓷靶,采用脉冲激光沉积(PLD)技术在c-Al2O3衬底上制备了ZnO薄膜.通过不同温度下光致发光(PL)光谱的测量,对样品的紫外发光机理进行研究.在较低温度( 10 K)下的PL光谱中,观测到一个位于3.354 eV处的束缚激子(D0X)发射,随着温度的升高(～50 K),在D0X的高能侧观测到了自由激子的发射峰.在10 K温度下,3.309 eV处出现了一个较强的发光带A,此发光带强度随着温度升高先增大然后减小,并且一直延续到室温.重点讨论了此发光带的起源,并认为A带可归属于自由电子-受主之间的复合发射.     

脉冲激光沉积(PLD)法生长高质量ZnO薄膜及其发光性能

采用脉冲激光沉积(PLD)法在单晶Si(100)衬底上生长ZnO薄膜,以X射线衍射(XRD)、原子力显微镜(AFM)和透射电镜(TEM)等手段分析了所得ZnO薄膜的晶体结构和微观形貌。优化工艺(700℃,20Pa)下生长的ZnO薄膜呈c轴高度择优取向,柱状晶垂直衬底表面生长,结构致密均匀。室温光致发光(PL)谱分析结果表明,随着薄膜生长时O₂分压的增大,近带边紫外发光峰与深能级发光峰之比显著增强,表明薄膜的结晶性能和化学计量比都有了很大的改善。O₂分压为20Pa时所生长的ZnO薄膜具有较理想的化学计量比和较高的光学质量。     

脉冲激光沉积法制备高温压电薄膜0.20 BiInO$lt;sub$gt;3$lt;/sub$gt;-0.80PbTiO$lt;sub$gt;3$lt;/sub$gt;$lt;strong$gt;$lt;font color=\"#ff0000\"$gt;$lt;font color=\"#ff0000\"$gt;（已撤稿）$lt;/font$gt;$lt;/font$gt;$lt;/strong$gt;

采用脉冲激光沉积法制备了0.20BiInO₃-0.80PbTiO₃（20BI-PT）高温压电薄膜,并与0.15BiInO₃-0.85PbTiO₃（15BI-PT）样品进行了比较研究. X射线衍射谱显示,20BI-PT样品100峰出现了明显的劈裂,显示样品具有更高的四方对称性. FESEM图显示,20BI-PT样品中出现了部分111取向的三角形晶粒. 20BI-PT样品的铁电剩余极化（P_r）为～28 μC/cm²,矫顽场（E_c）为～120 kV/cm,相较15BI-PT样品,P_r略有增加,但同时E_c也有增加. 20BI-PT样品的横向压电系数（e_31,f）约为–4.7±0.6 C/m²,和15BI-PT相比几乎一样. 介电温度谱显示,20BI-PT 样品的居里温度比15BI-PT增加了约30 ℃,达590 ℃,且介电峰没有明显的频率依赖性. Rayleigh分析显示,20BI-PT样品中内在本征因素及可翻转畴对介电非线性的贡献和15BI-PT基本相同,但是外在因素的贡献没有15BI-PT的贡献大,这可能和20BI-PT样品中晶粒111相对取向率较高有关.关键词：薄膜脉冲激光沉积铁电压电     

Deposition of zinc oxide thin films by reactive pulsed laser ablation

Thin films of zinc oxide have been deposited by reactive pulsed laser ablation of Zn and ZnO targets in presence of a radio frequency (RF) generated oxygen plasma. The gaseous species have been deposited at several substrate temperatures, using the on-axis configuration, on Si (1 0 0). Thin films have been characterized by scanning electron microscopy, atomic force microscopy, X-ray diffraction, X-ray photoelectron spectroscopy and infrared spectroscopy. A comparison among conventional PLD and reactive RF plasma-assisted PLD has been performed.