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.     

ZnO纳米棒的电致发光研究

采用化学浴沉积法在ITO导电玻璃衬底上制备了ZnO纳米棒膜层,构建了无绝缘层和添加Alq3为绝缘层的两类ZnO发光器件,测试和比较了两类器件的光致发光与电致发光特性.结果表明,在ZnO和Alq3混合体系的PL谱中,观察到ZnO的380nm发光减弱而Alq3的520 nm发光增强,这表明在ZnO的激子态和Alq3分子之间发生了能量转移.ZnO纳米棒的EL谱表现为随机激光,这主要是由于光在纳米棒内谐振,及纳米棒长短不一、阵列不整齐所致.加入Alq3后,器件的Ⅰ-Ⅴ曲线上出现了约为1.6V的阈值电压,工作电压由30 V降为18 V,且器件的发光颜色由黄绿区移到蓝紫区.     

GaN衬底掺杂模式对ZnO纳米棒光学性质的影响

本文通过水热法在u-GaN(undoped GaN)/Al2 O3和p-GaN/Al2O3衬底上制备了ZnO纳米棒阵列.利用X射线衍射仪(XRD)、高分辨X射线衍射仪(HRXRD)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)、原子力显微镜(AFM)和光致发光谱(PL)对样品进行表征,研究在无种子层和金属催化剂情况下u-GaN/Al2 O3和p-GaN/Al2O3衬底对ZnO纳米棒生长的影响.结果表明,在u-GaN和p-GaN上生长的ZnO纳米棒均为六方纤锌矿结构.在p-GaN上生长的ZnO纳米棒直径较细且密度更大,这可能是由于p-GaN界面比较粗糙,界面能量较大,为ZnO的生长提供了更多的形核区域;与生长在u-GaN上的ZnO纳米棒阵列相比,p-GaN上所沉积的ZnO纳米棒在378.3 nm处有一个较强的近带边发射峰,且峰强比较大,说明在p-GaN上所制备的ZnO纳米棒的晶体质量和光学性能更好.     

Si和GaAs衬底上的ZnTe、CdTe分子束外延材料的晶向倾角

本文采用X射线双晶衍射二次测量法对φ76mm Si(211)和GaAs(211)B衬底上生长的ZnTe和CdTe外延层的晶向倾角进行了测量,发现对于Si和GaAs衬底,外延层的[211]均绕外延层与衬底的[0-11]复合轴朝[111]倾斜,其晶向倾角与晶格失配呈线性关系;通过实际测量验证了在外延层探测到的[133]峰代表[211]关于[111]旋转180°的[255]孪晶向.     

在钛酸锶衬底上外延生长ZnO薄膜及其性能研究

用脉冲激光淀积法(PLD)在(111)面SrTiO3衬底上外延生长ZnO单晶薄膜.样品分别在衬底温度为350℃、500℃、600℃下外延生长.X射线衍射(XRD)的结果表明,所得的ZnO单晶薄膜结晶性能好,只出现(002)和(004)两个衍射峰,(002)峰的半高宽度(FWHM)为0.23°.在荧光光谱中我们只观察到来源于带边激子跃迁的强UV发射,并且随着生长温度的升高,紫外峰的强度逐渐增强.样品的SEM图像表明所得ZnO薄膜表面平整,晶粒均匀.衬底温度为600℃时,所得到的ZnO薄膜结构完整,晶粒尺寸最大,均匀;而且紫外发射最强.     

梳子状ZnO纳米棒阵列的制备及表征

采用水热法在HTlc-ZnAlCO3纳米片上对称生长出平行排列的梳子状ZnO纳米棒.利用X射线衍射(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)对得到的样品进行表征.揭示ZnO纳米棒的可控生长规律,在此基础上对其生长机理进行初步探讨.     

反向微乳液法合成ZnO纳米棒及其生长机理研究

采用对比实验法,利用表面活性剂CTAB、正己烷、异丙醇和Zn2水溶液组成的反向微乳液体系制备了ZnO纳米棒,探讨了组成及工艺因素对纳米棒形貌影响,采用XRD和SEM分析技术对实验产物物相结构及形貌进行了表征.结果表明,通过调控Zn2+水溶液的浓度、水相含量与表面活性剂加入量的物质的量比(W)能更有效的控制ZnO纳米棒的长径比.     

水热蒸汽法制备ZnO纳米棒的研究

采用新发展的水热蒸汽法,通过乙二胺蒸汽制备了高长径比的ZnO纳米棒.采用XRD、SEM、PL谱和拉曼光谱对产物进行了表征.结果表明ZnO纳米棒为六方柱形结构,纳米棒整体排列整齐,高度有序.ZnO纳米棒具有高度的取向性,沿c轴择优生长,大部分的ZnO纳米棒都垂直于基底.ZnO纳米棒在385 nm有一个本征发光峰,在433 nm、481 nm、520 nm之间有明显的缺陷发光峰,可能是由于氧空位和锌空位引起的.在生长温度为150℃的时候,450 ～ 550 nm之间发光峰强度远大于其他温度,可能是温度太高,生长速度太快,缺陷相对较多.ZnO纳米棒在437.61 cm-处特征峰明显,其峰值较高,结晶度较好,由于衬底存在微小的晶格失配,所以存在压应力.在120℃的生长温度,生长时间为12 h下,制备出的ZnO纳米棒长度为24 μm,直径为180 nm,长径比达到130:1.     

Fe、Ni掺杂ZnO纳米棒的水热法制备与磁性能研究

采用水热法制备稀磁半导体材料,样品Zn0.95 Fe0.05O和Zn0.95Fe0.03Ni0.02O的XRD图谱和TEM图谱发现,样品具有纤锌矿结构,形貌为纳米棒状结构.XEDS分析显示,掺杂的Fe和Ni元素进入到了ZnO晶体中.RAMAN光谱表明,Zn2+被Fe2+、Ni2+替换,晶体发生拉曼光谱红移.PL光谱分析发现,在室温条件下,随着Fe2+和Ni2+的掺杂,出现了猝灭现象.VSM测量显示,掺杂样品在室温条件下存在明显的铁磁性,且这种铁磁性属于稀磁半导体的内禀属性.实验结果表明在水热法条件下,获得了ZnO基稀磁半导体材料样品,且样品具有良好的光学和磁学特性,为进一步研究稀磁半导体材料提供了一定的参考.     

在Si(100)上以AlN作过渡层低温外延生长ZnO薄膜

采用脉冲激光沉积(PLD)方法在Si(100)上成功生长了高度c轴取向的AlN薄膜,并以此为衬底,实现了ZnO薄膜的低温准外延生长.通过X射线衍射(XRD)、原子力显微镜(AFM)以及荧光分光光度计表征ZnO薄膜的结构、表面形貌和发光性能.结果表明,ZnO薄膜能在AlN过渡层上沿c轴准外延生长,采用AlN过渡层后,其荧光强度也有大幅提高.     

氧化锌晶体生长基元模拟

本文利用Hyperchem分子模拟软件对氧化锌晶体生长基元Zn(OH)42-进行了系统的模拟.通过模拟分析生长基元的结合方式,提出了生长基元的结合规律.结果表明:Zn原子数(生长基元)与共用O原子数(O桥)的比例越大所形成的络合物越稳定;当分子中Zn原子和共用O原子比例一定时,羟基数目越少则越稳定.并且通过计算机模拟生长基元直线状结合情况解释了单晶ZnO纳米线状或纳米棒状的结构很难在实验中获得的原因.     

热丝CVD法在单晶硅衬底上低温外延生长Si和Ge薄膜的研究

采用热丝CVD法在单晶Si衬底上进行了Si和Ge 薄膜的低温外延生长,用XRD和Raman谱对其结构性能进行了分析.结果表明:在衬底温度200 ℃时,Si(111)单晶衬底上外延生长出了Raman峰位置为521.0 cm-1;X射线半峰宽(FWHM)为5.04 cm-1.结晶质量非常接近于体单晶的(111)取向的本征Si薄膜;在衬底温度为300 ℃时,在Si(100)单晶衬底上异质外延,得到了Raman峰位置为300.3 cm-1的Ge薄膜,Ge薄膜的晶体取向为Ge(220).研究表明热丝CVD是一种很好的低温外延薄膜的方法.     

助熔剂法生长ZnO晶体

采用Bi4B2O9、CdB2O4和BaB2O4为助熔剂,获得了毫米级的氧化锌单晶.Muiliken的电负性理论和Viting的平均轨道电负性提供了一个选择晶体生长所采用的助熔剂的有效方法.实验结果表明ZnO晶体的生长温度比文献报道的均低,从而有效地减少了ZnO以及助熔剂的挥发.本文给出了几种有望获得大尺寸ZnO单晶的助熔剂.     

ZnO∶Al衬底上低温生长GaN薄膜

利用射频磁控溅射在普通玻璃上制备了(0002)择优取向的ZnO:Al薄膜.采用电子回旋共振-等离子体增强金属有机物化学气相沉积(ECR-PEMOCVD)技术,在ZnO:Al薄膜衬底上沉积了厚度为320 nm的GaN薄膜.利用高能电子衍射(RHEED)、X射线衍射(XRD)、原子力显微镜(AFM)和光透射谱等表征方法,研究了沉积温度对GaN薄膜的结晶性、表面形貌和透射率的影响.     

半导体薄膜材料外延生长的蒙特卡罗模拟

半导体自组织生长量子点是一种新型半导体材料,它在纳米电子学、光电子学和生命科学中有广泛的应用前景,本文讨论了计算机模拟量子点的生长在材料设计中的重要意义,建立动力学蒙特卡罗二维模型, 通过获得的原子沉积的表面图样和对原子簇大小分布的数学统计,得到提高生长温度或者降低沉积速率等量子点外延生长的优化条件.     

Low temperature hydrothermal growth and optical properties of ZnO nanorods

Well‐faceted hexagonal ZnO nanorods have been synthesized by a simple hydrothermal method at relative low temperature (90°C) without any catalysts or templates. Zinc oxide (ZnO) nanorods were grown in an aqueous solution that contained Zinc chloride (ZnCl₂, Aldrich, purity 98%) and ammonia (25%). Most of the ZnO nanorods show the perfect hexagonal cross section and well‐faceted top and side surfaces. The diameter of ZnO nanorods decreased with the reaction time prolonging. The samples have been characterized by X‐ray powder diffraction (XRD) and scanning electron microscopy (SEM) measurement. XRD pattern confirmed that the as‐prepared ZnO was the single‐phase wurtzite structure formation. SEM results showed that the samples were rod textures. The surface‐related optical properties have been investigated by photoluminescence (PL) spectrum and Raman spectrum. Photoluminescence measurements showed each spectrum consists of a weak band ultraviolet (UV) band and a relatively broad visible light emission peak for the samples grown at different time. It has been found that the green emission in Raman measurement may be related to surface states. (© 2009 WILEY‐VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim)