自然掺杂p型ZnO薄膜的螺旋波等离子体辅助溅射沉积

本工作通过调整工作气压,采用螺旋波等离子体辅助射频磁控溅射技术在Al2O3衬底上成功的制备了自然掺杂的p型ZnO薄膜.Hall测量显示在Ar/O2等离子体辅助下,随气压增加所沉积薄膜表现出从n型到p型再到n型的转变.p型ZnO薄膜载流子浓度为1.30×1016cm-3,电阻率为99.68Ω·cm,霍尔迁移率为4cm2·V-1·s-1.X射线衍射和原子力显微镜的分析结果显示ZnO薄膜的导电类型和薄膜的生长特征相关,等离子体中活性粒子载能的减小导致薄膜表面成核几率增加和ZnO晶粒逐渐减小.较高氧活性粒子浓度有利于自然掺杂p型ZnO薄膜生长,而活性氧粒子种类的变化使薄膜生长质量变差,施主缺陷增加,薄膜转化为n型导电.     

超声喷雾热解法制备稀磁掺杂ZnO薄膜的研究

近年来,基于ZnO稀磁半导体在自旋电子器件方面的潜在应用价值,过渡金属掺杂的ZnO材料被广泛研究.但由于p型ZnO材料的制备非常困难,获得具有室温以上居里温度的Mn掺杂p型ZnO基稀磁半导体仍然是个难题.在N-In共掺杂成功实现ZnO薄膜p型掺杂的前期研究基础上,本研究采用超声喷雾热解(USP)法在Si基底上制备了Zn1-x,MnxO系列薄膜样品.X射线衍射表明所有ZnO薄膜样品都具有纤锌矿结构,没有发现其他物相的衍射峰存在.薄膜形貌研究发现,样品中的颗粒分布均匀.磁性测量表明N-Mn-In掺杂的样品显示出室温铁磁性.对N-Mn共掺杂和N-Mn-In掺杂的样品进行热处理后,发现薄膜的铁磁性能与薄膜中的空穴载流子具有直接的关联,这一现象与Mn掺杂的p型ZnO会显示室温铁磁性的理论预测是一致的,并用束缚磁性极化子模型解释了ZnO薄膜的铁磁性来源.     

氮气压强对PLD制备ZnO薄膜形貌及光电性能的影响

研究了氮气压强对脉冲激光沉积(PLD)法制备ZnO薄膜形貌及光电学性能的影响.结果表明,当氮气压强较低时,ZnO薄膜是由尺寸为50 nm的薄片组成;当氮气压强增加后,ZnO薄膜变成多孔状,并且组成ZnO薄膜的颗粒尺寸逐渐减小.在氮气压强为20 Pa以上时,所制备的ZnO薄膜的光致荧光(PL)光谱是由380 nm的带边发光峰和520 nm的缺陷发光峰组成;当氮气压强较低时(5 Pa和2 Pa),ZnO薄膜的PL光谱只有一个位于400 nm或41O nm处的发光峰.电学方而,2Pa和5 Pa氮气压强下制备的ZnO薄膜的电阻率约为氮气压强为20 Pa和50 Pa下制备样品的104和105倍.研究表明,当氮气压强较低时,Zn离子和O离子具有较大平均自由程和较大平均动能,因此易使N2离子化,可以使部分N离子掺入ZnO晶格中.当氮气压强较高时,Zn离子和O离子平均动能较小,不易使N2离子化,氮难于掺入ZnO晶格中.     

Mg,Sn共掺对ZnO薄膜光电性能的影响

采用溶胶-凝胶旋涂法在石英衬底上制备了不同Mg,Sn掺杂比例的ZnO薄膜,研究了不同Mg,Sn比例对ZnO薄膜微观结构、表面形貌和光电性能的影响及其内在机制.结果表明:Mg,Sn掺杂后薄膜仍保持六方纤锌矿结构并沿(002)方向择优生长,掺入2;的Mg后,晶粒有所长大,保持2; Mg不变,随着Sn的掺入,薄膜晶粒减小,但薄膜的致密度、表面平整度以及薄膜晶粒均匀性却有明显的改善;适量Mg,Sn掺杂,一方面,因Mg,Zn离子的金属性差异和Sn4+替位Zn2+晶格位置提供两个自由电子使薄膜载流子浓度增加产生Burstein-Moss效应,另一方面,因晶粒尺寸变小产生量子限域效应,薄膜禁带宽度增大,同时可见光透过率也有着明显提高;Mg,Sn共掺杂使薄膜结晶变好,载流子迁移率增大,同时载流子浓度上升,ZnO薄膜电阻率呈现较大幅度的下降.     

微波水热法制备ZnO纳米晶

采用微波水热(microwave hydrothermal,M-H)法在MDS-6型温压双控微波水热反应仪中成功地制备出平均晶粒尺寸为30 nm且呈现棒状形貌的ZnO纳米晶.并在一定的水热温度和反应时间下系统研究了微波水热反应过程中[Zn2+]离子浓度、反应釜填充比、反应物浓度比[Zn2+]/[OH]等工艺因素对ZnO纳米晶的晶粒尺寸及形貌的影响.采用X射线衍射仪(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)和透射电子显微镜(TEM)对所制备的ZnO纳米晶进行表征.结果表明:所制备ZnO的平均晶粒尺寸约为30 nm,ZnO纳米晶呈现棒状形貌.随着[Zn2+]离子浓度的增加,ZnO纳米晶的晶粒尺寸先减小后增大;随着反应釜填充比和反应物浓度比[Zn2+]/[OH]的增大,ZnO纳米晶的晶粒尺寸先减小后增大,并逐渐趋于稳定.制备ZnO纳米晶的最佳反应条件为:[Zn2+]=1.6 mol·L-1;反应釜填充比=70;;[Zn2+]/[OH]=1/2.     

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.     

空气退火对ZnS薄膜结构和光学特性的影响

采用X射线衍射、扫描电子显微镜和光致发光等技术研究了空气退火对ZnS薄膜的结构和光学特性的影响.薄膜在500℃以下退火后结晶质量得到改善,仍呈ZnS立方相结构.退火温度达到550℃时,薄膜中出现ZnO六方相结构.薄膜退火后,大气中的氧掺入薄膜中,出现ZnS-ZnO复合层.随退火温度升高,薄膜晶粒尺寸增大,透过率增加,带隙逐渐接近ZnO带隙.薄膜光致发光结果表明,复合层内ZnS和ZnO绿色发光的叠加替代了来自ZnS缺陷能级间的绿色发光.     

不同缓冲层对ZnO薄膜的性能影响

用射频反应磁控溅射法在玻璃基底上分别以SnO2、SiO2和Al2O3为缓冲层制备ZnO薄膜.利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、紫外-可见分光光度计和荧光分光光度计对薄膜的结构和光学性能进行了表征.XRD和SEM的分析结果表明,在SiO2和Al2O3缓冲层上生长的ZnO薄膜具有较好的c轴择优取向,薄膜表面光滑平整,薄膜的结晶质量得到改善;透射光谱表明所有样品在可见光范围内的平均透过率超过70;;通过对薄膜光致发光谱的分析,认为422 nm左右的紫峰来自于电子从晶粒边界的界面缺陷能级到价带的辐射跃迁;PL谱中蓝光和绿光的发光机制与薄膜中的本征缺陷有关.     

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.     

退火温度对Co掺杂CeO2稀磁氧化物薄膜的结构和铁磁性能的影响

采用溶胶-凝胶法,在Si(100)和石英玻璃衬底上制备了3;Co掺杂CeO2稀磁氧化物薄膜,研究了不同退火温度(500 ℃, 600 ℃和700 ℃)对薄膜结构和铁磁性能的影响.XRD 和拉曼光谱结果表明,随着退火温度的升高,薄膜晶化度明显提高.不同退火温度下的3;Co掺杂CeO2薄膜为多晶薄膜,且未破坏CeO2原有的结构.随着退火温度的升高, 晶粒尺寸逐渐增大.另外,3;Co掺杂CeO2薄膜在可见光范围内都有很好的透射率,其室温下的光学带隙Eg随退火温度增加而减小.超导量子干涉磁强计(SQUID)测量表明所有样品都表现出室温铁磁性,随着退火温度的升高,饱和磁化强度和矫顽力增大,700 ℃退火的薄膜具有最大的饱和磁化强度和最大的矫顽力.不同退火温度导致样品的磁性有了明显的变化,这源于磁性产生的不同机理.可见薄膜的结构最终影响了其铁磁性能.