生长条件对Ga掺杂ZnO薄膜微观结构及光致发光性能的影响

利用热氧化法在不同参数条件下生长了Ga掺杂范围较宽的ZnO薄膜, 研究了ZnO薄膜的表面微观结构和光致发光性能. 研究表明: Ga以Ga³⁺存在并掺入ZnO晶格取代Zn²⁺, Ga的掺入改变了ZnO薄膜中的缺陷类型及浓度、化学计量比、薄膜表面结晶质量, 进而影响了薄膜的光致发光性能. 随着热氧化温度升高, Ga掺杂量增大, ZnO薄膜的晶粒尺寸增大, 尺寸更均一, 紫外光与可见光强度比增大. 随着热氧化时间延长, Ga掺杂量降低, ZnO薄膜的晶粒尺寸均一性变差, 紫外光与可见光强度比减小.     

MOCVD法制备Cu掺杂ZnO薄膜

通过金属有机物化学气相沉积(MOCVD)设备,在c-Al2 03衬底上生长本征和Cu掺杂ZnO( ZnO∶ Cu)薄膜.X射线衍射(XRD)谱观察到未掺杂的ZnO和ZnO∶ Cu样品都呈现出较好的c轴择优取向生长.X射线光电子能谱(XPS)表明Cu已掺入到ZnO薄膜中.利用光致发光(PL)测试对本征ZnO和ZnO∶ C...     

氧压强对Ga掺杂ZnO薄膜光电性质的影响

本文采用脉冲激光沉积(PLD)法在单晶硅(111)和石英玻璃衬底上制备了Ga掺杂ZnO(GZO)纳米薄膜,研究了氧压强对薄膜质量和光电性质的影响.采用XRD和SEM对薄膜的晶体结构和表面形貌进行了表征,结果表明纳米薄膜的平均粒径尺寸可以通过调整氧压强来控制,当氧压强为0.01 Pa时,薄膜的结晶质量最好.PL谱分析结果...     

生长温度对Ga掺杂ZnO薄膜光电性能的影响

在不同衬底温度(室温~750 ℃)条件下,采用脉冲激光沉积(PLD)方法在石英玻璃和单晶硅(111)衬底上制备了Ga掺杂ZnO(GZO)薄膜。结果显示:衬底温度的变化导致衬底表面吸附原子扩散速率和脱附速率的不同,从而导致合成薄膜结晶质量的差异,衬底温度450 ℃时制备的GZO薄膜具有最好的结晶特性;GZO薄膜中载流子浓度随衬底温度升高而单调减小的现象与GZO薄膜中的本征缺陷密切相关,晶界散射强度的变化导致迁移率出现先增大后减小的趋势,衬底温度450 ℃时制备的GZO薄膜具有最小的电阻率~0.02 Ω·cm;随着衬底温度的升高,薄膜载流子浓度的单调减小导致了薄膜光学带隙变窄,所有合成样品的平均可见光透过率均达到85%以上。采用PLD方法制备GZO薄膜,衬底温度的改变可以对薄膜的光电性能起到调制作用。     

利用MOCVD技术生长As掺杂的p-ZnMgO薄膜

利用GaAs夹层掺杂的新方法,采用金属有机化学气相沉积(MOVCD)技术,通过控制生长温度,在蓝宝石衬底上成功制备出As掺杂的p型ZnMgO薄膜.利用X射线衍射分析(XRD)、霍尔效应测试和光致发光(PL)谱等表征方法对薄膜的晶体结构、电学性能和光学特性进行分析.结果表明:高温生长的ZnMgO薄膜具有良好的c轴取向性;...     

衬底温度对MOCVD法沉积ZnO透明导电薄膜的影响

研究了衬底温度对MOCVD技术制备的ZnO薄膜的微观结构和光电特性影响. XRD和SEM的研究结果表明，衬底温度对ZnO薄膜的微观结构有显著影响，明显的形貌转变温度大约发生在175℃，低于175℃，薄膜呈镜面结构，晶粒为球状，高于177℃的较高温度范围，薄膜从“类金字塔”状的绒面结构演化为“岩石”状显微组织；随着温度增加，薄膜的晶粒尺寸明显增大.绒面结构的未掺杂ZnO薄膜具有17.96 cm²/V·s的高迁移率和3.28×10^-2 Ω·cm的低电阻率，对ZnO薄膜的进一步掺杂和结构优化有望应用于Si薄膜太阳电池的前电极. 关键词： MOCVD ZnO薄膜 透明导电氧化物 太阳电池     

Ga掺杂对ZnO纳米结构可见光发射的抑制效应

采用碳热还原反应和原位掺杂的方法制备了不同Ga掺杂浓度的ZnO纳米结构. X射线衍射 显示掺杂纳米结构中为单一的氧化锌纤锌矿结构. 扫描电子显微镜 观测发现随掺杂浓度的增大, 纳米结构的形貌逐渐从纳米六棱柱变为纳米锥.光致发光 和X射线光电子能谱 测量分别发现随着掺杂浓度升高, 纳米结构的可见发光强度和其中空位 氧峰相对强度逐渐减小直至消失, 两者存在很强的相关性. 上述结果为ZnO可见光发射的氧空位机理提供了新的实验证据. 对Ga掺杂抑制纳米结构中氧空位的原因进行了分析.     

Ga掺杂ZnO的电子结构与电性能的研究

采用密度泛函理论广义梯度近似第一性原理计算的方法研究了n型Ga掺杂的纤锌矿结构氧化物ZnO的晶格结构、能带结构和态密度,在此基础上分析了其电性能.计算结果表明,掺杂ZnO氧化物晶格a,b轴增大,c轴略有减小;Ga掺杂ZnO氧化物两能带之间具有0.6eV的直接带隙,需要载流子(电子)跃迁的能隙宽度较未掺杂的ZnO氧化物减小;掺杂体系费米能级附近的态密度大大提高,其能带主要由Gas态、Zns态和Os态电子构成,且他们之间存在着强相互作用,其中Gas态电子对导带贡献最大.电输运性能分析结果表明,Ga掺杂ZnO氧化物导电机构由Znp-Op电子在价带与导带的跃迁转变为Gas-Znd-Os电子在价带与导带的跃迁,这也表明Gas态电子在导电过程中的重要作用;掺杂体系费米能级附近的载流子有效质量较未掺杂体系增大,且价带中的载流子有效质量较大,导带中的载流子有效质量较小.     

Ni掺杂ZnO薄膜的荧光特性

采用脉冲激光沉积技术(PLD)在单晶Si 衬底上制备了Ni掺杂的ZnO薄膜,通过VARAIN Cary-Eclips 500型荧光光谱仪研究了样品的荧光特性。观察到360和380 nm左右2个荧光峰。通过Ni掺杂,研究了360 nm左右荧光峰的起源。结果表明,随着靶材中Ni掺杂量的不同,荧光峰峰位不变,而相应的发光强度发生了明显的变化。当靶材中Ni∶ZnO的摩尔比X_s为5％时,样品中360 nm紫外荧光峰的发光强度最佳,表明360 nm左右荧光峰并不是重掺杂后杂质能级深入到导带的结果,有可能是起源于分裂的价带与导带间的复合跃迁。     

MOCVD法生长ZnO薄膜的结构及光学特性

采用MOCVD方法在c Al2 O3衬底上生长出了具有单一c轴取向的ZnO薄膜 ,采用X射线衍射 (XRD)、Raman散射、X射线光电子能谱 (XPS)及光致发光 (PL)谱等方法对ZnO薄膜的结构及光学特性进行分析测试。XRD分析只观察到ZnO薄膜 (0 0 0 2 )衍射峰 ,其FWHM数值为 0 1 84°。Raman散射谱中 ,4 35 32cm- 1 处喇曼峰为ZnO的E2 (high)振动模 ,A1 (LO)振动模位于 5 75 32cm- 1 处。XPS分析表明 :ZnO薄膜表面易吸附游离态氧 ,刻蚀后ZnO薄膜O1s光电子能谱峰位于 5 30 2eV ,更接近Zn—O键中O1s电子结合能 (5 30 4eV)。PL谱中 ,在3 2 8eV处观察到了自由激子发射峰 ,而深能级跃迁峰位于 2 5 5eV ,二者峰强比值为 4 0∶1 ,表明生长的ZnO薄膜具有较高的光学质量     

温度对Si上MOCVD-ZnO成核与薄膜生长特性的影响

采用金属有机化学气相沉积(MOCVD)方法在Si衬底上进行了ZnO的成核与薄膜生长研究。ZnO薄膜的形貌和结晶特性由成核和后期生长过程共同决定,初期成核温度决定了其尺寸和密度,进而影响后期ZnO主层的生长行为,但由于高温对后期ZnO纳米柱横向生长的抑制,纳米柱的尺寸并没有因为成核尺寸的增大而变大,因此在560℃得到了晶柱尺寸最大、密度最小的ZnO薄膜。最后通过改变成核温度,优化了ZnO外延膜的结晶质量。     

常压MOCVD生长ZnO薄膜及其性质

用常压MOCVD在蓝宝石 (0 0 0 1)面上生长了氧化锌 (ZnO)薄膜。用AFM、室温PL谱、Hall测量、X射线双晶衍射、卢瑟福背散射 /沟道技术等分析方法研究了样品的表面形貌、结构性能、发光性能和电学性能。AFM分析结果显示 ,薄膜呈六角柱状结晶 ,表面平整 ,粗糙度 (RMS)为 6 .2 5 7nm ,平均晶粒直径达 1.895 μm。室温PL测量该样品在 380nm处有很强的近带边发射 ,半峰全宽为 15nm。使用Hall测量检查了薄膜的电学性质。室温下该样品的载流子浓度为 2× 10 17cm-3 ,迁移率为 75cm2 ·V-1·s-1。用X射线双晶衍射和卢瑟福背散射 /沟道效应研究了薄膜的结晶质量 ,样品的双晶衍射ω扫描半峰全宽为 0 .0 4° ,沟道效应的最小产额比χmin为 3.1%。     

等离子MOCVD系统生长ZnO薄膜掺N2和掺NH3特性比较

利用MOCVD方法生长了高质量的ZnO薄膜材料,分别通过N2和NH3对c面和R面蓝宝石衬底上生长的ZnO薄膜材料进行了掺杂行为研究.掺N2时,X射线衍射半峰全宽仅为0.148°,室温光荧光发光峰位于3.29eV,半峰全宽～100meV,电阻率由0.65 Ω·cm增大到5×l04Ω·cm.掺NH3时,X射线衍射峰半峰全宽0.50°,样品为弱p型,电阻率为102Ω·cm,载流子浓度为1.69×1016 cm-3.同时我们还观察到弱p型材料很容易退化成n型高阻材料.     

MOCVD方法生长ZnO微米柱的结构与光学性质

通过X射线衍射、扫描电子显微镜和变温光致发光光谱对MOCVD方法生长在蓝宝石衬底上的ZnO微米柱材料的结构及发光特性进行了表征.X射线衍射结果表明,ZnO具有良好的c轴择优取向,扫描电子显微镜图中可观察出ZnO微米在呈六角结构生长,半径约为0.5～1.5μm.样品的发光光谱通过He-Cd激光器的325nm线激发,从光谱中发现低温(81K)下出现极强的与激子相关的带边发光峰,温度升高到360K时与自由激子相关的紫外发射峰仍然是清晰可见.     

MOCVD法生长ZnO薄膜时氧源 t-BuOH和H2O的比较研究

以活性较低的叔丁醇(t-BuOH)和水(H₂O)作为氧源,采用MOCVD技术生长了ZnO薄膜。研究发现,t-BuOH作为氧源可以有效地抑制其与锌源之间的气相预反应,比H₂O作为氧源进行ZnO薄膜的外延生长具有更高的生长速率,得到的ZnO薄膜晶体质量更优,同时载流子的迁移率可以达到37.0 cm²·V^-1·s^-1, 表明t-BuOH更适合作为氧源通过MOCVD系统生长ZnO薄膜。     

光辅助对MOCVD法制备ZnO薄膜性能的影响

采用光辅助金属有机化学气相沉积(MOCVD)技术在(0001)蓝宝石衬底上制备了ZnO薄膜。通过X射线衍射、透射光谱和霍尔测试等研究了光照对MOCVD法制备的ZnO薄膜的影响。实验结果表明,引入光辅助后制备的ZnO薄膜,其结晶质量和光学质量均得到改善。分析认为,这主要是由于光辅助有助于提高锌有机源的分解效率,并且高能量的光子可为反应吸附的原子提供足够高的激活能,从而易于其迁移到合适的晶格位置所致。同时我们还发现,有光照和无光照条件下制备的ZnO薄膜均呈n型导电,但有光照条件下制备的ZnO薄膜具有更低的本底载流子浓度,这将为日后通过降低自补偿实现p型掺杂提供一个很好的解决办法。     

MOCVD方法生长的氧化锌薄膜及其发光特性

近年来,随着近紫外光发射氧化锌薄膜研究的进展,许多先进的薄膜生长手段被广泛采用。本文探索了用MOCVD方法在硅衬底上生长氧化锌薄膜的方法,试验了用几种不同的有机金属源生长ZnO薄膜;研究了源材料及生长压力和温度对薄膜生长的影响;观察了样品的室温光致发光光 谱。通过与溅射方法生长的ZnO薄膜的比较,提出了影响材料结构和发光特性的可能原因。     

CVD两步法生长ZnO薄膜及其光致发光特性

用CVD两步法在常压下于p型Si(100)衬底上沉积出具有较好择优取向的多晶ZnO薄膜。在325nm波长的光激发下,室温下可观察到显著的紫外光发射(峰值波长381nm)。高温退火后氧空位缺陷浓度增加,出现了一个450~600nm的绿光发光带,发光峰值在510nm。作为比较,用一步法生长的ZnO薄膜结晶质量稍差。在其PL谱中不仅有峰值波长389nm的紫外发射而且还出现了一个很强的蓝光发光中心(峰值波长437nm),退火后同样产生绿光发光带。对这两种绿光发光带的发光机制进行了研究,认为前者源于VO,而后者与O_Zn有密切的关系。