蓝宝石R面上ZnO薄膜的NH3掺杂研究

以NH₃为掺杂源,利用金属有机化学气相沉积(MOCVD)系统在蓝宝石R面上生长出掺氮ZnO薄膜。通过XRD,SEM测量优化了其生长参数,在610℃和在80sccm的NH₃流量下生长出了〈1120〉单一取向的ZnO薄膜。经Hall电阻率测量,得知该薄膜呈现弱p型或高电阻率,并对其光电子能谱进行了研究。     

退火对常压MOCVD法生长的高结晶性能 ZnO薄膜发光特性的影响

研究了氧气退火和氮气退火对ZnO薄膜发光特性的影响。ZnO膜是采用常压金属有机化学气相沉积（MOCVD）法在蓝宝石（0001）衬底上生长的。原生样品1有一很强的紫外峰及较强的绿光峰（525nm附近）;原生样品2有很强的紫外峰,深能级发光几乎观察不到。然后从不同原生膜上取两块小样品,分别在氧气和氮气中退火,退火温度是400,500,600,700,800℃。结果表明,在700℃以下退火,退火气氛对ZnO膜的深能级发光影响较大;超过700℃后,退火温度对ZnO薄膜的发光影响大,但退火气氛影响不太明显。通过退火对ZnO薄膜发光特性的影响,讨论了ZnO膜中525nm附近绿光峰的起源。     

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。     

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%。     

表面预处理对氧化锌薄膜质量的影响

用MOCVD方法在c面蓝宝石衬底上生长ZnO薄膜。生长前衬底表面进行预处理,观察不同表面预处理对ZnO薄膜质量的影响。测量氧化锌的XRD谱,观察表面预处理后对氧化锌薄膜结晶质量的影响。室温下用325nm的He-cd激光器作为激发源测量ZnO薄膜的紫外发光谱,观察表面处理后对ZnO薄膜发光特性的影响。用HL5500 Hall System分别对ZnO薄膜的电学特性进行了测试。得到了ZnO薄膜的电阻率和霍尔迁移率,并得到氧气气氛处理后电阻率变小,霍尔迁移率变大;氮气气氛射频处理后电阻率变大,霍尔迁移率变小的结果。     

退火对Ga_2O_3薄膜特性的影响

采用金属有机物化学气相沉积法在c面蓝宝石衬底上生长了高质量的β-Ga_2O_3薄膜,并将样品分别在真空、氧气、氮气氛围下退火30 min,研究了各类退火工艺对Ga_2O_3薄膜特性的影响,对退火所得的薄膜进行了X射线衍射、光致发光谱、紫外透射谱和原子力显微镜扫描的研究。结果表明,各类退火工艺均能够优化薄膜的晶体质量和表面形貌,同时有效改善了薄膜的光学性质。其中,氧气退火后的样品在可见光波段透射率高达83%,且吸收边更加陡峭;表面粗糙度降至0.564 nm,其表面更为平整。这些结果说明氧气退火对晶体质量的提高最为显著。氮气、真空退火的样品在光致发光谱中出现365 nm的发光峰,这是大量氧空位的存在导致的。     

MOCVD法生长SAWF用ZnO/Diamond/Si多层结构

使用等离子体辅助MOCVD系统在金刚石,硅衬底上成功地制备了氧化锌多层薄膜材料,通过两步生长法对薄膜质量进行了优化。XRD测试显示优化后的样品具有c轴的择优取向生长,PL谱测试表明样品经优化后不仅深能级发射峰消失,同时紫外发射峰增强。对优化后的样品的表面测试显示出较低的表面粗糙度。比较氧化锌多层薄膜结构的声表面波频散曲线,ZnO薄膜声表面滤波器受膜厚和衬底材料的影响较大。当ZnO薄膜较薄时,在它上面的传播速度将与衬底上的传播速度接近,与其他衬底上生长的薄膜相比,以金刚石这种快声速材料为衬底的ZnO多层薄膜结构,声表面波滤波器的中心频率将提高1倍左右。     

退火对ZnO薄膜结构及发光特性的影响

生长在蓝宝石C面上的ZnO薄膜是通过等离子体金属有机物化学汽相淀积方法获得的，由其X光衍射得知，生长过程中分段退火和最后退火在薄膜中分别引入了张应力和压应力。通过对样品光致发光光谱研究表明：分段退火样品在380nm附近出现了单一激子发射峰，而最后退火样品却出现了与应变有关的Γ5和Γ6两激子发射峰，同时在两者的光致发光光谱中与深能级有关的荧光峰都未出现。     

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.     

Mn掺杂对ZnO薄膜结构及发光性能的影响

利用脉冲激光沉积的方法在Si衬底上生长出了c轴高度取向的Mn掺杂ZnO薄膜.X射线衍射表明所有样品都具有纤锌矿结构,没有发现其它相,随着掺杂量的增加,c轴晶格常数增大.原子力显微镜结果显示:Mn的掺杂引起了ZnO薄膜表面粗糙度的变化.由光致发光谱发现,在387 nm附近出现了由于近带边自由激子复合引起的紫外峰,还有以4...     

退火对ZnO薄膜光学特性的影响

用射频磁控溅射法在蓝宝石衬底上制备出ZnO薄膜,通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和光致发光(PL)谱等研究了退火温度对ZnO薄膜结构和光学性质的影响。测量结果显示,所制备的ZnO薄膜为六角纤锌矿结构,具有沿c轴的择优取向;随着退火温度的升高,(002)XRD峰强度和平均晶粒尺寸增大,(002)XRD峰半高宽(FWHM)减小,光致发光紫外峰强度增强。结果证明,用射频磁控溅射法通过适当控制退火温度可得到高质量ZnO薄膜。     

低温缓冲层对氧化锌薄膜质量的影响

利用金属有机化学气相沉积(MOCVD)法,在Si衬底上外延生长ZnO薄膜。为了改善氧化锌薄膜的质量,首先在Si衬底上生长低温ZnO缓冲层,然后再生长高质量的ZnO薄膜。通过XRD、SEM、光致发光(PL)光谱的实验研究,发现低温ZnO缓冲层可有效降低ZnO薄膜和Si衬底之间的晶格失配以及因热膨胀系数不同引起的晶格畸变。利用低温缓冲层生长的ZnO薄膜的(002)面衍射峰的强度要比直接在Si上生长的ZnO薄膜样品的高,并且衍射峰的半高宽也由0.21°减小到0.18°,同时有低温缓冲层的样品室温下的光致发光峰也有了明显的增高。这说明利用低温缓冲层生长的ZnO薄膜的结晶质量和光学性质都得到了明显改善。     

Au层退火温度对ZnO/Au/ZnO多层膜的结构、光学及电学性质的影响

采用金属有机化学气相沉积(MOCVD)技术在蓝宝石衬底上制备出晶体质量较好的透明导电的ZnO/Au/ZnO(ZAZ)多层膜,其中,Au夹层是通过射频磁控溅射的方法获得。通过对Au夹层进行不同温度的退火处理,研究了Au层退火温度对ZAZ多层膜的结构特性、电学性能和光学特性的影响。利用原子力显微镜(AFM)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)仪、霍尔效应测试和透射谱分析等测试手段对ZAZ多层膜的性质进行了分析。测试结果表明,在200 ℃下对Au夹层进行快速退火处理,多层膜的结构、电学和光学性质达到最优,表面等离子体效应也更明显。其中,XRD(002)衍射峰的半高宽为0.14°,电阻率为2.7×10^-3 Ω·cm,载流子浓度为1.07×10²⁰ cm^-3,可见光区平均透过率为75.3%。     

ZnO薄膜的光学性质研究

采用直流反应磁控溅射方法在玻璃基底上成功地淀积ｃ轴取向性好的ＺｎＯ薄膜。经过优化计算，获得并分析了不同氧分压下制备的ＺｎＯ薄膜的折射率ｎ和消光系数ｋ的数值；同时得到了吸收光学带隙Ｅｏｐｔ，用能带模型解释了Ｅｏｐｔ的变化规律。     

Cu掺杂ZnO薄膜的光学性质

采用射频反应磁控溅射方法,在Si(100)和石英基片上使用双靶溅射的方法制备了Cu掺杂ZnO薄膜。利用X射线衍射、透射光谱和光致发光光谱分析了薄膜的晶体结构及光学性质,并与密度泛函理论计算的结果进行了对比。研究结果显示:Cu掺杂ZnO薄膜均具有高的c轴择优取向,无Cu及其氧化物相关相析出,掺杂对晶格参数的影响较小,与理论计算结果一致。Cu掺杂显著改变了ZnO薄膜在近紫外及可见光波段的吸收特性,其光学带隙随着Cu掺杂量的增加有所减小,带隙宽度的变化趋势与理论结果有着很好的一致性。Cu掺杂显著降低了ZnO薄膜的发光效率,具有明显的发光猝灭作用,但并不影响光致发光的发光峰位。说明Cu掺杂导致的吸收特性的改变可能与杂质能级有关,这与能带结构计算发现的Cu-3d电子态位于价带顶附近的禁带中是一致的。     

n型InP(100)衬底上电沉积氧化锌薄膜的

采用电化学沉积方法在n型InP(100)(1016)衬底上制备了氧化锌薄膜。探索线性扫描伏安法确定InP与0.1mol/LZn(NO3)2电解液的体系中沉积氧化锌的极化电势,在20℃溶液中,相对于甘汞电极(SCE)的极化电势为-1.1877V。扫描电镜照片显示:随着应用电势的降低,氧化锌薄膜变得紧密平滑;狭窄的X射线衍射峰也说明低电势下薄膜的结晶质量较好。光荧光表征发现低电势下制备的氧化锌薄膜具有良好的发光特性。     

80keV N离子注入对ZnO薄膜结构的影响

室温下用80keVN离子注入ZnO薄膜样品,注量分别为5.01014,5.01015和5.01016ions/cm2,然后用X射线衍射和透射电镜技术对样品的结构特性进行了表征。实验结果表明,由高度(002)择优取向的致密柱状晶构成的薄膜中,注入5.0×1015ions/cm2时,观测到缺陷生成和局域无序化现象,但薄膜总体结构仍保持柱状晶和(002)择优取向;随着注量的增大,晶格常数c和压应力呈增大趋势。对注入N离子对ZnO薄膜结构特性的影响机理进行了简单的讨论。     

ZnO薄膜的制备和结构特性及应变

在SiO₂/Si衬底上面,利用射频磁控溅射方法,在不同的工艺条件下生长ZnO薄膜,然后进行热处理(600～1000℃退火).研究了氩氧比和退火温度对薄膜结晶性能的影响.薄膜的表面结构和晶体特性通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)来进行表征.结果表明:所制备的薄膜为多晶纤锌矿结构,具有垂直于衬底的c轴(002)方向的择优取向性.热处理可使ZnO(002)衍射峰相对强度增强,半峰全宽(FWHM)变小,即退火使c轴生长的薄膜取向性增强.未经退火的ZnO薄膜存在张应力,经过热处理后应力发生改变,最后变成压应力,并且随着退火温度的升高,压应力逐渐增大.     

ZnO：V薄膜后退火处理前后的微结构与发光特性

利用溶胶-凝胶(Sol-gel)法在单晶硅(100)衬底上分别制备了ZnO:V薄膜和纯ZnO薄膜。为进一步研究后退火对ZnO:V薄膜结构和发光性质的影响,在两段式快速退火后又在800℃下进行了后退火处理。X射线衍射的结果表明:后退火处理前,钒(V)的掺入使ZnO结晶质量变差,而800℃退火处理后,从ZnO的衍射峰中可以看出,相对于无V杂样品其结晶质量变好。扫描电子显微镜形貌图中可以看出制备的样品薄膜颗粒大小均匀,薄膜致密度较高。光致发光(PL)谱的研究表明:ZnO:V薄膜在800℃退火处理后,紫外和绿带发光峰均增强,但紫外发光峰增强得更多;与同样条件下制备的纯ZnO薄膜的PL谱比较,发现V掺杂后样品的紫外激子复合发光峰的强度明显增强且峰位发生蓝移,而缺陷引起的绿带发光峰的强度降低。