Ag掺杂p型ZnO薄膜及其光电性能研究

采用超声喷雾热分解法在石英衬底上以醋酸锌水溶液为前驱体,以硝酸银水溶液为Ag掺杂源生长了Ag掺杂ZnO(ZnO：Ag)薄膜.研究了衬底温度对所得ZnO：Ag薄膜的晶体结构、电学和光学性质的影响规律.所得ZnO：Ag薄膜结构良好,在室温光致发光谱中检测到很强的近带边紫外发光峰,透射光谱中观测到非常陡峭的紫外吸收截止边和较高的可见光区透过率,表明薄膜具有较高的晶体质量与较好的光学特性.霍尔效应测试表明,在500℃下获得了p型导电的ZnO：Ag薄膜,载流子浓度为5.30×10¹⁵cm关键词： ZnO：Ag薄膜 p型掺杂 超声喷雾热分解 霍尔效应     

ZnO薄膜的掺杂及其结型材料的研究进展

ZnO薄膜作为一种多用途的半导体材料，一直受到国内外学术界的广泛关注，尤其是自1997年发现ZnO薄膜的室温紫外光发射以来，ZnO薄膜的制备及其光电子特性的研究成为新的研究热点，几年来，研究进展非常迅速，巳报道了结型电致发光器件和光电探测器件的初步研究结果，文章结合作者的工作，综述了目前国内外对ZnO薄膜的掺杂以及ZnO异质结和同质p-n结制备方面的研究状况。     

N2掺杂p型ZnO及ZnO同质p-n结LED的制备

采用射频等离子体辅助分子束外延方法,以N₂作为掺杂源,以O₂作为辅助分解的气体和氧源,通过等离子体光谱的实时监测来控制掺杂源中各组分的含量,制备了p型ZnO薄膜及同质p-n结。I-V曲线显示该p-n结具有整流特性,直流驱动下获得了稳定的室温电致发光,包括位于420nm附近的发光峰和500~700nm的发光带。     

Ag掺杂对ZnO薄膜的光电性能影响

采用超声喷雾热分解法在石英衬底上以醋酸锌水溶液为前驱体,以硝酸银水溶液为Ag掺杂源,以高纯O2为载气生长了Ag掺杂ZnO(ZnO∶Ag)薄膜。研究了Ag掺杂ZnO薄膜的表面结构、电学和光学性质。结果表明所得ZnO∶Ag薄膜表面结构良好,扫描电子显微镜(SEM)测试表明薄膜表面光滑平整,结构致密均匀;在室温光致发光(PL)光谱中检测到很强的近带边紫外发光峰;透射光谱中观测到非常陡峭的紫外吸收截止边和较高的可见光区透过率,表明薄膜具有较高的晶体质量与较好的光学特性;霍尔效应测试表明,在550℃下获得了p型导电的ZnO∶Ag薄膜。     

Ga-Ti共掺杂ZnO薄膜的制备及其光电性能

采用ZnO:Ga2O3:TiO2为靶材,在玻璃衬底上射频磁控溅射制备了多晶Ga-Ti共掺杂ZnO(GTZO)薄膜,通过XRD、四探针、透射光谱测试研究了生长温度对薄膜结构和光电性能的影响.结果表明:所制备的薄膜具有c轴择优取向,光学带隙均大于本征ZnO的禁带宽度.当生长温度为620K时GTZO薄膜的结晶质量最佳、电阻率最低、透射率最大、品质因数最高.     

扩散掺杂的p型ZnO薄膜的光学性质研究

采用原子层沉积技术(atomic layer deposition)在InP衬底上生长ZnO薄膜,并在不同温度下(500和700 ℃)进行热退火处理,将P掺杂进入ZnO,得到p型ZnO薄膜。样品的光学特性通过光致发光光谱(photoluminescence, PL)来测定,得出热退火温度是影响P扩散掺杂的重要因素,低温PL光谱中,700 ℃热退火1 h样品的光谱展现出四个与受主相关的发射峰：3.351,3.311,3.246和3.177 eV,分别来自受主束缚激子的辐射复合(A°X)、自由电子到受主的发射(FA)、施主受主对的发射(DAP)以及施主受主对的第一纵向声子伴线(DAP-1LO),计算得到受主束缚能为122 meV,与理论计算结果一致。通过热扩散方式实现了ZnO薄膜的p型掺杂,解决了制约ZnO基光电器件发展的主要问题, 对ZnO基半导体材料及其光电器件的发展有重要意义。     

Fe掺杂对CdS光学特性的影响

采用低压金属有机化学气相沉积技术,在固定源流量的条件下,通过调节衬底温度(270~360℃)生长了不同Fe掺杂浓度的CdS薄膜。光谱测量表明低铁掺杂对CdS晶格振动的影响较小,但对光致发光性质影响较为明显。样品的光致发光谱包括两部分:2.5eV附近带-带跃迁的发光以及2.0~2.4eV之间与缺陷相关的发光。随着铁含量的增加,带-带跃迁逐渐被抑制,发光光谱被缺陷相关的发光主导,同时薄膜的电导也由n型转为p型,说明Fe离子掺入在薄膜引入了受主杂质。通过不同激发密度下的光致发光光谱测量,我们将2.0~2.4eV的发光归结为铁受主相关的D-A对发射,并根据掺杂浓度和发光峰位置估算了Fe受主的能级位置。     

自支撑Ag掺杂ZnO花状纳米线阵列及其光学性质

利用简单、温和的二步水浴法制备一种大面积自支撑、可自由迁移的Ag掺杂ZnO花状纳米线阵列。通过场发射扫描电子显微镜（FESEM）、元素能谱（EDS）、X射线衍射谱（XRD）、室温和变温光致发光谱（PL）等一系列表征手段对所制备的自支撑Ag掺杂ZnO纳米线阵列进行了研究。研究结果显示：这种自支撑纳米材料具有良好的晶体质量和光学性质,在低温（85 K）下显示出A⁰X和FA为主导的受主相关发射峰,通过理论公式计算受主结合能为118 meV。在变温光致发光光谱中,FA发射峰位随温度的变化符合理论模型。     

自支撑Ag掺杂ZnO花状纳米线阵列及其光学性质

利用简单、温和的二步水浴法制备一种大面积自支撑、可自由迁移的Ag掺杂ZnO花状纳米线阵列。通过场发射扫描电子显微镜(FESEM)、元素能谱(EDS)、X射线衍射谱(XRD)、室温和变温光致发光谱(PL)等一系列表征手段对所制备的自支撑Ag掺杂ZnO纳米线阵列进行了研究。研究结果显示:这种自支撑纳米材料具有良好的晶体质量和光学性质,在低温(85 K)下显示出A0X和FA为主导的受主相关发射峰,通过理论公式计算受主结合能为118 meV。在变温光致发光光谱中,FA发射峰位随温度的变化符合理论模型。     

Na-Mg共掺杂ZnO薄膜的结构和光学性质

利用溶胶-凝胶法,在普通载玻片上使用旋转涂膜技术制备了具有c轴择优取向生长的Na-Mg共掺杂的ZnO薄膜。用XRD、SEM、光致发光(PL)及透射光谱对薄膜样品进行了表征。结果表明:Na-Mg共掺杂有利于ZnO薄膜的c轴择优取向生长,并且随着Na+掺杂浓度的增加,晶粒尺寸先增大后减小;通过比较不同掺杂浓度ZnO薄膜的PL谱,推测发光峰值位于380nm的紫外发射与ZnO的自由激子复合有关;发现掺入Mg的确能使ZnO禁带宽度增大,掺杂组分为Na0.04Mg0.2Zn0.76O时,其PL谱只有一个很强的紫光发射峰,其近带边紫外光发射强度较未掺杂的ZnO增强了近10倍,极大地提高了薄膜紫外发光性能;并且随Na+浓度增加薄膜透光性减弱。     

氮掺杂氧化锌薄膜的光电特性

采用气体反应电子束蒸发法,氨气氛下在玻璃上沉积了氮掺杂氧化锌(ZnO)薄膜。AFM观察发现氨气氛下生长的氮掺杂氧化锌薄膜表面比未掺杂样品的粗糙度略高,且随氨气压的增加粗糙度也随之增加,这可能与氨气氛对ZnO生长表面的轻微腐蚀作用有关,但表面依然比较平整。XRD分析显示,(0002)衍射峰位没有发生移动,但是氮掺杂后衍射峰的线宽比未掺杂样品稍有增加,衍射峰的半峰全宽由非掺杂ZnO的0.261°增加到0.427°。氧化锌掺氮后电阻率提高了4~7个数量级,达到了降低ZnO中电子浓度的目的。     

Li掺杂ZnO纳米棒的导电和发光特性

利用气相输运方法,在(111)面硅衬底上制备了名义上原子数分数为2%的Li掺杂的ZnO纳米棒(样品A)。作为比较,我们在相同的生长条件下制备了没有任何掺杂的ZnO纳米棒(样品B)。XRD分析测试表明:样品A和样品B中的ZnO纳米棒具有纤锌矿六边形结构,没有其他氧化物,例如Li2O。Hall效应测量表明:样品A导电类型为p型,空穴载流子浓度为6.72×1016cm-3,空穴载流子迁移率为2.46 cm2.V-1.s-1。样品B为n型,电子载流子浓度为7.16×1018cm-3,电子载流子迁移率为4.73 cm2.V-1.s-1。低温光致发光光谱测试表明,样品A和样品B发光峰明显的区别是位于3.351 eV(样品B)和3.364 eV(样品A)处。根据文献报道,在没有掺杂的ZnO中,3.364 eV发光峰源于施主束缚激子发光。通过变温光致发光光谱的测试,证明了在样品A中,位于3.351 eV的发光峰源于受主束缚激子发光,其光学受主能级位于价带顶142meV处。     

射频磁控溅射ZnO薄膜的结构和光学特性

采用射频（RF）反应磁控溅射法在n-Si(001)衬底上外延生长ZnO薄膜。XRD谱测量显示出较强的（002）衍射峰，表明ZnO薄膜为c轴择优取向生长的。室温PL谱测量观察到了较强的紫外光发射和深能级发射。     

ZnO/Ag/ZnO多层结构薄膜的光电性质

通过磁控溅射方法生长了不同银层厚度的ZnO/Ag/ZnO多层结构的薄膜,并对其形貌、光吸收谱、光致发光和光响应特性进行了比较研究.结果表明ZnO薄膜中银薄层的加入使得光致发光的强度增强.银层厚度为6 nm样品制成的器件在350 nm处的光响应度为0.06 A/W,相对于ZnO薄膜提高了一个数量级.而当银层厚度达到15 ...     

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%。     

用电化学沉积方法制备钴掺杂的氧化锌薄膜及其光学性质

通过选用乌洛托品作为络合剂,采用电化学沉积的方法成功地制备出钴掺杂的氧化锌薄膜。通过对样品的XRD表征,得出生长的样品为ZnO纤锌矿结构,并没有其他杂相峰,即没有出现分相;通过对样品XPS的分析显示Co离子在薄膜中以+2价的形式存在;为进一步验证Co²⁺离子进入ZnO的晶格,对掺杂不同Co²⁺浓度的样品进行PL谱的测量,从发光光谱上可以看出随着掺杂Co²⁺浓度的增加,带隙逐渐变窄,发光峰位红移,证明Co²⁺部分取代了Zn²⁺而进入了ZnO晶格中。     

溅射气氛对N掺杂ZnO薄膜性能的影响

利用磁控溅射系统,N₂和Ar作为溅射气体,生长N掺杂ZnO薄膜。溅射气氛中氮气流量分别为0,8,20,32 mL/min,通过改变氮气的流量,研究薄膜性能的变化。结果发现,随着溅射气氛中氮气流量的增加,薄膜的电阻率增加,薄膜中N_O与(N₂)_O的掺杂浓度同时在变大。当氮气流量为8 mL/min时,N的有效掺杂效率最高。另外,随着溅射气氛中氮气流量的增加,薄膜的厚度在减小。     

硼对氮掺杂的p型ZnO薄膜的影响

利用分子束外延设备在蓝宝石衬底上生长了B/N共掺的p型ZnO薄膜,对比了B/N共掺和N单掺杂样品的物理学性能。通过X射线光电子能谱测试证明了在薄膜中存在有B和B-N键。B/N共掺样品的空穴浓度比单一N掺杂样品高近两个量级。且ZnO：（B,N）薄膜在两年多的时间内一直显示稳定的p型电导。这是由于B-N键的存在提高了N在ZnO薄膜中的固溶度,且B-N键之间强的键能和B占据Zn位所表现的弱施主特性不会带来强的施主补偿效应,说明B是N掺杂ZnO薄膜的一种良好的共掺元素。     

纳米ZnO薄膜的光致发光性质

利用溶胶－凝胶法制备了纳米ZnO薄膜,室温下测量了样品的光致发光谱(PL)、吸收谱(ABS)、X射线衍射谱(XRD)．X射线衍射(XRD)的结果表明：纳米ZnO薄膜呈多晶状态,具有六角纤锌矿晶体结构和良好的C轴取向．观察到二个荧光发射带,中心波长分别位于395 nm的紫带、524 nm的绿带和450 nm附近的蓝带．证实了纳米ZnO薄膜绿光可见发射带来自氧空位(VO)形成的浅施主能级和锌空位(VZn)形成的浅受主能级之间的复合;450 nm附近的蓝带来自电子从VO的浅施主能级到价带顶或锌填隙(Zni) 到价带顶或导带底到VZn的浅受主能级的复合．     

柔性衬底上ALD法低温制备的ZnO薄膜的光学和电学特性(英文)

以二乙基锌和水分别作为金属前驱体和反应物,利用原子层沉积方法(ALD)在柔性衬底上生长ZnO薄膜,讨论了生长温度对薄膜特性的影响。用AFM、XRD和HALL等对薄膜的表面形貌、晶体结构和电学性质进行表征,并且用PL光谱表征了其光学特性。实验结果表明,随着生长温度(低温下)的升高,薄膜的晶体质量和光学特性得到改善。当生长温度为170℃时,薄膜呈现良好的c轴择优取向,且具有较高的电子浓度(5.62×1019cm-3)和电子迁移率(28.2 cm2·V-1·s-1)。