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.     

H2流量对直流磁控溅射制备a-Si∶H薄膜微观结构及光学性能的影响

采用直流磁控溅射法在不同H2流量的条件下制备了a-Si∶H薄膜,研究了H2流量对薄膜微观结构以及光学性能的影响.结果表明:随H2流量的增加,a-Si∶H薄膜的沉积速率有所下降,但其原子排列的有序度上升,并出现了细小的纳米晶粒,使得薄膜的无序结构得到了一定改善.同时,薄膜的光学性能也表现出明显变化,其中透过率持续上升,而光学带隙则呈现出先增大后减小的趋势.最终得到制备a-Si∶H薄膜的最优H2流量为15 sccm.     

蓝宝石衬底上磁控溅射法室温制备外延ZnO薄膜

在室温条件下,采用磁控溅射方法在蓝宝石(0001)衬底上制备了外延的ZnO薄膜.采用原子力显微镜(AFM)、X射线衍射仪(XRD)、可见-紫外分光光度计系统研究了ZnO薄膜微观结构和光学特性.AFM测量结果表明ZnO薄膜具有较为均匀的ZnO晶粒,表面平整,具有较小的均方根粗糙度(0.9 nm);X射线衍射结果表明制备的ZnO薄膜为具有六角纤锌矿结构的外延薄膜;光学透射谱显示样品在可见光范围内具有较高的透过性,并在370 nm附近出现一个较陡的吸收边,表明在室温下制备出了具有较高质量的ZnO薄膜.     

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.     

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.     

磁控溅射法制备InN薄膜的可控生长及表征

为了开发氮化铟(InN)半导体材料在光电子领域的应用,采用磁控溅射法在Si(111)衬底上实现了InN薄膜的制备.通过X射线衍射仪(XRD)和扫描电镜(SEM)对获得的InN薄膜样品进行表征,系统地研究了压强、Ar和N2流量比及衬底温度对InN薄膜结构、形貌的影响.结果表明:随着压强的增加,(101)峰的强度先增加后减小,晶面距离d先变小后变大且均获得三角锥形的InN薄膜;随着Ar与N2流量比的增加,InN薄膜的生长取向由沿(101)面变为沿(002)面生长且均获得三角锥状的InN晶粒;随着衬底温度的升高,InN薄膜的生长取向发生了变化且形貌逐渐由三角锥状向截面为六方的颗粒状结构转化.     

Ag掺杂ZnO薄膜结构和光学特性研究

采用脉冲激光沉积技术制备出了Ag掺杂的ZnO薄膜.研究了Ag含量、衬底温度及氧压对ZnO结构和光学性能的影响.结果表明:Ag以替位形式存在于ZnO晶格中,Ag掺杂浓度较低时,样品具有高度c轴择优取向.衬底温度越高,薄膜的结晶质量越好,光学带隙越接近纯ZnO的带隙,而其紫外荧光峰在衬底温度为300 ℃时最强.氧压为10 Pa时,薄膜的结晶质量最好,紫外峰最强,其带隙则随氧压的增大呈先变窄后加宽的趋势.     

射频磁控溅射法制备TiO2-xNx薄膜的结构性能研究

利用射频磁控溅射法室温下在Si(100)衬底上制备了N掺杂的TiO2薄膜,并且采用x射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)和透射光谱对薄膜进行了表征.XRD结果表明在纯Ar和N2(33.3;)/Ar气氛下制备的TiO2-xNx薄膜均为单一的金红石相,薄膜结晶性良好,呈高度(211)择优取向,而在N2(50.0;)/Ar下制备的薄膜结晶性明显变差;对于N掺杂的TiO2薄膜,XPS表明部分N原子进入TiO2晶格,并且以N-Ti-O、N-O键以及间隙式N原子形式存在;透射光谱表明掺N后的TiO2薄膜吸收边发生了红移.     

孪生对靶直流磁控溅射制备ZnO:Al薄膜及其特性研究

本文以ZnO:A l(ZAO)陶瓷为靶材,采用孪生对靶直流磁控溅射工艺在玻璃衬底上制备出高质量的铝掺杂氧化锌透明导电膜,研究了该薄膜的结构、光电及力学特性。采用孪生对靶制备ZAO薄膜可使样品避开等离子体直接轰击,减少基底薄膜的损伤。制备的薄膜具有结晶程度高、电阻率低、迁移率高等优点。ZAO薄膜的最低电阻率达到了4.47×10-4Ω.cm,在可见光区的平均透过率达到85%以上,非常适合做为铜铟硒(C IS)薄膜太阳电池窗口层。     

低温磁控溅射法制备氧化锌薄膜的光学性能研究

采用射频磁控溅射法,在较低的衬底温度(100℃)下,改变溅射时间,制备了一组氧化锌(ZnO)薄膜.采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)、X射线能谱仪(EDS)、傅里叶红外光谱(FTIR)、拉曼光谱和紫外-可见分光光度计对制备的ZnO薄膜的微观结构、形貌和光学特性进行了研究.XRD图谱表明,制备的ZnO薄膜具有良好的结晶性和c轴择优取向,随着溅射时间的增加,(002)衍射峰的强度先增大后降低,溅射时间为40 min时,(002)衍射峰的强度达到最大,衍射峰半高宽最小;AFM测试表明制备的ZnO薄膜表面呈现球状颗粒,随着溅射时间的延长,薄膜的颗粒尺寸和表面均方根粗糙度均逐渐变大;EDS结果显示溅射时间较长(40 min和60 min)的ZnO薄膜,O和Zn的原子比更接近1:1.FTIR光谱中,发现位于408 cm-1附近的ZnO的E1(TO)声学模式和位于380 cm-1处的A1(TO)模式;拉曼光谱中,观测到了分别位于99 cm-1和438 cm-1处的ZnO的E2(Low)和E2(high)模式拉曼特征峰;紫外-可见透过光谱显示,在可见光范围,ZnO薄膜具有高的透光率,平均透光率高于90;,ZnO薄膜的光学禁带宽度范围为3.27～3.28 eV,溅射时间为40 min时,ZnO薄膜的光学禁带宽度最接近单晶ZnO的.     

衬底温度对直流磁控溅射法制备掺锆氧化锌透明导电薄膜性能的影响

利用直流磁控溅射法在石英衬底上制备出了高透明导电的掺锆氧化锌(ZnO:Zr)薄膜.研究了衬底温度对ZnO:Zr薄膜结构、形貌及光电性能的影响.XRD表明实验中制备的ZnO:Zr为六方纤锌矿结构的多晶薄膜,具有垂直于衬底方向的c轴择优取向.实验所制备ZnO:Zr薄膜的晶化程度和导电性能对衬底温度有很强的依赖性.当衬底温度为300 ℃时, ZnO:Zr薄膜具有最小电阻率7.58×10-4 Ω·cm,其可见光平均透过率超过了91;.     

直流反应磁控溅射法制备二氧化钛薄膜的光响应

采用直流反应磁控溅射的方法在镀有ITO的导电玻璃衬底上沉积了二氧化钛薄膜，分别用拉曼光谱和吸收光谱研究了薄膜的结构，通过光电流研究了二氧化钛薄膜的紫外光响应。在100s的时间内光电流能达到最大值的96％，当停止紫外光照射时，光电流在200s的时间内能恢复到暗电流，二氧化钛薄膜对紫外光的灵敏性和稳定的光响应表明二氧化钛薄膜有可能成为一种新的紫外光探测器材料。     

直流磁控溅射陶瓷靶制备ITO薄膜及性能研究

以10%质量分数SnO2和90%质量分数In2O3烧结成的ITO氧化物陶瓷为靶材,采用直流磁控反应溅射法在玻璃基片上制备ITO透明导电薄膜,研究了基片温度和氧分压条件对ITO薄膜的物相结构和光电性能的影响。实验结果表明:ITO薄膜的方块电阻随衬底温度的升高而下降,而可见光透过率增大;ITO薄膜可见光透过率和方块电阻随氧分压的增加而增大。     

直流反应磁控溅射法制备ZnO: Zr透明导电薄膜

以Zn∶ Zr为靶材,利用直流反应磁控溅射法制备了ZnO∶ Zr透明导电薄薄膜.研究了沉积压强对ZnO∶ Zr薄膜形貌、结构、光学及电学性能的影响.实验结果表明所制备的ZnO∶ Zr为六方纤锌矿结构的多晶薄膜,具有垂直于衬底方向的c轴择优取向.沉积压强对ZnO∶ Zr薄膜的晶化程度、形貌、生长速率和电阻率影响很大,而对其光学性能如透光率、光学带隙及折射率影响不大.当沉积压强为2Pa时,ZnO∶ Zr薄膜的电阻率达到最小值2.0×10-3Ω ·cm,其可见光平均透过率和平均折射率分别为83.2％和1.97.     

反应磁控溅射制备AZO薄膜相结构的演化及机理研究

在室温下,利用直流反应磁控溅射技术在不同的氧气流量下沉积ZnO∶ Al (AZO)薄膜.采用XRD、SEM和TEM技术分析薄膜相成分、表面截面形貌及微观结构.结果表明:氧气流量为2.5 sccm时,沉积形成的薄膜为不透明具有金属导电性能的AZO/Zn( AZO)双层复合膜结构;氧气流量为3.5 sccm时,沉积形成了透明导电的AZO薄膜;氧气流量为5.0 sccm时,形成了透明不导电且含有纳米Al2O3颗粒的AZO薄膜;此外,AZO薄膜在400℃退火后,薄膜晶粒长大和(002)晶面方向择优生长更加明显以及高氧气流量沉积的AZO薄膜中的纳米Al2O3颗粒消失.     

衬底温度对直流反应磁控溅射法制备的N掺杂p型ZnO薄膜性能的影响

利用直流反应磁控溅射法(纯金属锌作为靶材,Ar-N2-O2混合气体作为溅射气体)在石英玻璃衬底上制备了N掺杂p型ZnO薄膜.通过XRD、Hall和紫外可见透射谱分别研究了衬底温度对ZnO薄膜结构性能、电学性能和光学性能的影响.XRD结果显示所有制备的薄膜都具有垂直于衬底的c轴择优取向,并且随着衬底温度的增加,薄膜的晶体质量得到了提高.Hall测试表明衬底温度对p型ZnO薄膜的电阻率具有较大影响,400℃下生长的p型ZnO薄膜由于具有较高的迁移率(1.32 cm2/Vs)和载流子浓度(5.58×1017cm-3),因此表现出了最小的电阻率(8.44Ω·cm).     

利用直流磁控溅射法在柔性衬底上制备ZnO: Zr新型透明导电薄膜

室温下利用直流磁控溅射法在有ZnO缓冲层的柔性衬底 PET上制备出了可见光透过率高、电阻率低的掺锆氧化锌(ZnO: Zr)透明导电薄膜,研究了厚度对ZnO: Zr薄膜结构及光电性能的影响.结果表明,ZnO: Zr薄膜为六方纤锌矿结构的多晶薄膜.实验获得ZnO: Zr薄膜的最小电阻率为2.4×10-3 Ω·cm,其霍尔迁移率为18.9 cm2·V-1·s-1 ,载流子浓度为2.3×1020 cm-3.实验制备的ZnO: Zr薄膜具有良好的附着性能,其可见光平均透过率超过92;.     

直流磁控反应溅射制备(002)择优取向AlN薄膜

采用直流磁控溅射法,Al靶直径75mm,靶基距9cm,本底真空3×10-5Pa,气体分压N2/Ar=1/3,工作气压0.2Pa,溅射功率72W,溅射时间1h,溅射过程不加热,使其自然升温,在Si(100)衬底上制备AlN薄膜.结合椭圆偏振仪、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)等测试手段研究了薄膜特性.结果表明,所制备的多晶AlN薄膜厚度为715nm,具有良好的(002)择优取向,其衍射峰半高宽(FWHM)为0.24°.XPS剥蚀260min后O的原子浓度降为6.24;,Al和N化学剂量比非常接近1:1.AlN薄膜晶粒大小均匀,平均尺寸为35nm左右.表面粗糙度为0.37nm,表面均方根粗糙度为0.49nm,Z轴方向最高突起约3.13nm.