高质量立方相ZnMgO的制备与紫外受激发射特性研究（英文）

利用脉冲激光沉积(PLD)设备在蓝宝石衬底上制备了高质量Zn_(1-x)Mg_xO单晶薄膜,并对其结构和光学特性进行了深入细致的研究。通过能量衍射谱(EDS)确认Zn_(1-x)Mg_xO薄膜的Mg组分为45%。在Zn0.55Mg0.45O薄膜的X射线衍射谱(XRD)中观测到了明显的位于36.67°的衍射峰,对应的是(111)晶向的立方相ZnMgO。从透射光谱中可以看出,Zn0.55Mg0.45O具有陡峭的吸收边,没有发生相分离,在透射电镜图谱中也得到了证实。该ZnMgO薄膜还表现出了优异的光学特性,在Zn0.55Mg0.45O材料体系中实现了峰位位于310 nm的紫外光泵浦受激发射,其激光发射的阈值仅为22 k W/cm2。     

溶液pH值对化学浴法制备的Cd_xZn_(1-x)S薄膜光电性能的影响

采用氯化镉、氯化锌、硫脲、柠檬酸钠和氨水的溶液体系通过化学浴沉积法合成Cd_xZn_(1-x)S薄膜,利用X射线衍射分析、扫描电子显微镜、能谱仪和紫外可见近红外分光光度计等表征手段研究了Cd_xZn_(1-x)S薄膜的形貌、相结构和光学性能,测试了薄膜的光电流响应曲线并对薄膜的光电性能进行了分析.结果表明:在pH值为10至13范围内成功制备了均匀的Cd_xZn_(1-x)S薄膜;随着pH值升高,薄膜中Zn原子比例与光学带隙减小;制备的薄膜均表现出明显的光电导现象.pH值为11和12时薄膜的表面最为平整致密,结晶性最好,光学带隙分别为2.92eV和2.72eV,光暗电导比均为1.20,光源关闭后电流下降过程最快,10s后电流分别下降了约68.55%和69.39%.     

Ga_(x)N_(2)∶Zn_(3-x)薄膜的分子束外延生长及其光学和电子输运性能表征

本文采用分子束外延技术,通过对金属分子束的精确控制,在MgO(002)基底上成功生长了Ga_(x)N_(2)∶Zn_(3-x)合金薄膜.高分辨率单晶X光衍射仪表征结果表明Ga_(x)N_(2)∶Zn_(3-x)合金薄膜仍是以(400)Zn_(3)N_(2)为主导的复合晶体结构,对衍射数据的分析得到该薄膜晶粒尺寸小.用扫描电子显微镜和能谱射线分析仪对其表面和成分做了深入的分析和讨论,在固定的金属流量比的生长环境下,不同厚度的样品在成膜后x均为0.65,化学通式Zn_(2.35)Ga_(0.65)N_(2).该结果表明Ga元素属于重度掺杂,同时也体现了分子束外延技术在共掺杂技术中的优越性.本文也测量并讨论了Zn_(2.35)Ga_(0.65)N_(2)薄膜的光学性能,实验得到的1.85 eV的光学带隙与理论推算基本吻合,说明Ga的掺入有Ga-N结构的形成.同时也说明,Ga元素的掺入,实现了对Zn_(3)N_(2)薄膜的光学带隙的调控.最后对该薄膜的电子输运性能进行表征,测量结果表明其为p型半导体薄膜.本文的实验技术和结果也为今后对Zn类化合物半导体的研究奠定了基础.     

(Zn_(1-x),Mg_x)_2GeO_4∶Mn~(2+)的荧光以及长余辉发光性能

采用高温固相法制备了一系列(Zn_(1-x),Mg_x)_2GeO_4∶Mn~(2+)(0≤x≤0.25)绿色荧光粉,并研究了Mg离子对(Zn_(1-x),Mg_x)_2GeO_4∶Mn~(2+)的结构、荧光以及长余辉发光性能的影响。Mg离子取代Zn进入Zn_2GeO_4晶格,形成(Zn_(1-x),Mg_x)_2GeO_4固溶体,并产生了晶格畸变。光谱分析结果表明,样品中位于533 nm的绿色荧光源于Mn~(2+)的~4T_1(~4G)→~6A_1(~6S)跃迁。随着Mg离子浓度的增加,(Zn_(1-x),Mg_x)_2GeO_4∶Mn~(2+)样品的激发光谱出现了蓝移现象,说明Mg离子进入到Zn_2GeO_4晶格中对其晶格结构产生了影响,导致(Zn_(1-x),Mg_x)_2GeO_4的带宽发生改变。发射光谱则表明Mg离子进入Zn_2GeO_4晶格引起Mn~(2+)的~4T_1(~4G)→~6A_1(~6S)跃迁绿色荧光发光强度的增强。Zn_2GeO_4基质中的氧空位缺陷陷阱深度由于基质带宽的变化而变深,样品具有良好的长余辉发光效果。通过热释光谱分析研究了材料中缺陷陷阱的特征,进一步证实了(Zn_(1-x),Mg_x)_2GeO_4中缺陷陷阱深度发生改变。根据光谱分析结果给出了(Zn_(1-x),Mg_x)_2GeO_4∶Mn~(2+)中荧光与余辉发光的产生机理。     

稀释磁性半导体Zn1—xFexSe薄膜的光学特性

用真空蒸镀法制备了稀释磁性半导体Zn_(1-x)Fe_xSe多晶薄膜,用X射线衍射和电子扫描电镜测定了薄膜结构和成份.其光吸收数据表明:光学能隙E_g随着Fe~(2+)成分x增加而线性减小,用线性回归法拟合得其关系.E_g=2.722-2.2x(eV).     

原电池法室温制备Ba_(1-x)Ca_xMoO_4固溶体薄膜

在含Ca_~(2+)和Ba~(2+)的碱性溶液中,通过原电池法在室温条件下制备了Ba_(1-x)Ca_xMoO_4多晶固溶体薄膜。通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)和荧光分析(FA)对所制备的薄膜进行了分析表征,研究了Ba摩尔分数对薄膜的晶相结构、表面形貌和发光性能的影响。结果表明,原电池法制备的Ba_(1-x)Ca_xMoO_4薄膜致密、均匀、结晶完好,为四方相结构。随着初始溶液中Ba含量的增加,所得Ba_(1-x)Ca_xMoO_4固溶体薄膜的形貌逐渐从CaMoO_4微晶的球形转变为BaMoO_4微晶的四方锥形。在290nm紫外光的激发下,制备的薄膜均在350nm和495nm附近呈现两个宽的发射带,其中495nm的蓝光发射明显强于350nm的紫光发射。初始溶液中的Ba/Ca的量比对所制备的Ba_(1-x)Ca_xMoO_4固溶体薄膜的发射光谱的形状和发射波长影响甚微,但对其发射强度有明显影响。     

利用脉冲激光沉积法制备高Mg掺杂的六方相MgZnO薄膜

选用Mg0.2Zn0.8O陶瓷靶,利用脉冲激光沉积(PLD)法,在单晶Si(100)和石英衬底上生长了一系列MgZnO薄膜(MZO)。通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线能谱(EDS)和紫外可见光透射光谱(UV-Vis)等实验手段,研究了在不同工作压强下生长的薄膜样品的晶体结构、微观形貌和光学性能的变化。结果表明:所有的薄膜样品都是单一的ZnO六方相,禁带宽度随生长压强的升高而增加,变化范围在3.83～4.05eV之间,最短吸收边接近300nm。     

Si(100)衬底上Mg_(0.33)Zn_(0.67)O薄膜的结构及光学性能

采用射频磁控溅射法在Si(100)衬底上制备了Mg_(0.33)Zn_(0.67)O薄膜,研究了Mg_(0.33)Zn_(0.67)O薄膜的结构和光学性能。结果表明,Si(100)衬底上Mg_(0.33)Zn_(0.67)O薄膜呈六方纤锌矿结构,薄膜沿c方向取向生长,且c轴方向晶格增大0.03 nm。薄膜呈现优异的半导体特性,激子吸收峰位于297 nm,禁带宽度约为4.3 eV。薄膜平均粒径约为20 nm。薄膜在深紫外激发下的荧光发射位于368 nm。     

NH_3-Ar气氛下制备的Zn_3N_2薄膜的结构和光学性能(英文)

Zn3N2是一种宽带隙半导体材料,在温度高于400°C氧化可生成p型ZnO:N,p型ZnO:N在电子学和光电子学领域有广泛的应用.在NH3-Ar气氛下,用RF磁控溅射金属Zn靶在玻璃衬底上室温制备了Zn3N2薄膜.用紫外-可见分光光度计、X射线衍射仪、X射线光电子谱分析仪、荧光分光光度计对Zn3N2薄膜的光学透过、光学吸收、结构、化学键态和光致发光进行了测量,研究了NH3分压对Zn3N2薄膜的结构和光学特性的影响.XRD分析表明Zn3N2薄膜呈现多晶结构,具有(321)择优取向,Zn3N2(321)衍射峰强度随NH3分压增加而增强.在NH3分压5%～10%制备的Zn3N2薄膜有较低透过率,透过率随NH3分压增加而提高.Zn3N2薄膜是间接带隙半导体,当NH3分压从5%变化到25%时,光学带隙从2.33eV升高到2.70eV.XPS分析表明Zn3N2薄膜在潮湿空气中容易水解.室温下Zn3N2薄膜在437nm和459nm波长出现了发光峰.     

MgZnO半导体材料光致发光以及共振拉曼光谱研究

用分子束外延设备在c面蓝宝石衬底上生长得到高质量Mg x Zn1-x O薄膜。X射线衍射显示,当Mg摩尔分数在0~32.7%范围内时,薄膜保持六方结构,(002)衍射峰半高宽为0.08°~0.12°,薄膜结晶质量与现有报道的最高水平相当。随着薄膜中Mg含量的增加,紫外发光峰由378 nm蓝移至303 nm。对Mg0.108Zn0.892O薄膜变温光致发光光谱的研究发现,束缚激子发光随温度变化存在两个不同的猝灭过程。对不同Mg含量薄膜共振拉曼光谱的研究发现,A1(LO)声子模频移与Mg含量在一定范围内呈线性关系,这为确定Mg x Zn1-x O薄膜中的Mg含量提供了一种简单高效的方法。通过拉曼光谱与X射线衍射对比研究发现,拉曼光谱在确定MgZnO材料相变时具有更高的灵敏度。最后,研究了Mg0.057Zn0.943O薄膜的变温共振拉曼光谱,对A1(LO)和A1(2LO)声子模随温度而变化的现象给出了一定的理论解释。     

Ga掺杂对纤锌矿TM_(0.125)Zn_(0.875)O(TM=Be,Mg)电子结构和光学能隙的影响

利用密度泛函理论的平面波超软赝势方法,对纤锌矿T M_(0.125)Zn_(0.875)O(TM=Be,Mg)合金和Ga掺杂T M_(0.125)Zn_(0.875)O的结构参数、能带、电子态密度和光学能隙进行计算和分析,结果表明:T M_(0.125)Zn_(0.875)O掺入Ga容易实现并且结构更稳定,T M_(0.125)Zn_(0.875)O合金掺Ga能获得很好的n型材料改性,能隙由导带底Ga 4s态和价带顶O 2p态决定,由于Bllrstein-Moss移动和多体效应,Ga掺杂后的T M_(0.125)Zn_(0.875)O光学能隙变大,这与实验结果相一致,T M_(0.125)Zn_(0.875)O掺Ga材料可作透明导电薄膜应用到紫外和深紫外光电子器件中。     

石英玻璃衬底上纤锌矿Mg0.25Zn0.75O薄膜的结构及光学性能

MgxZn1-xO材料是一种新型光电功能材料.采用溶胶凝胶法在石英玻璃上制备了Mg0.25Zn0.75O薄膜,理论结合实验研究了Mg0.25Zn0.75O薄膜的结构和光学性能.研究表明,石英玻璃衬底上Mg0.25Zn0.75O薄膜呈六方纤锌矿结构,薄膜均匀,平均粒径约为20 nm.吸收光谱表明吸收带边始于360 nm,相应的禁带宽度为3.83 eV.发光光谱包含三个发射峰,分别位于384.9 nm(3.23 eV),444.8 nm(2.79 eV)和533.6 nm(2.32 eV),激发光谱峰位于378 nm.由于Mg离子的间隙缺陷导致Mg0.25Zn0.75O薄膜晶格增大,禁带宽度变宽,紫外、蓝光和绿光发射分别红移59,14和12.6 nm.     

铬掺杂氧化锌薄膜的超声喷雾法制备及其光学与磁学性质

用注射超声喷雾法将前驱体由针管直接送入超声喷头内,在石英基板上制备Zn_(1-x)Cr_xO(x=0.0,0.01,0.03,0.05)薄膜。采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、荧光光谱仪、紫外-可见分光光度计、振动样品磁强计(VSM)等对薄膜的结构、光学和磁学性质进行测量。实验结果表明,未掺杂的ZnO薄膜为六角纤锌矿结构,沿着c轴(002)择优取向,而Cr掺杂抑制了薄膜的c轴择优取向性;掺杂后的薄膜平均晶粒尺寸均增大,且当x=3%时,晶粒尺寸最大,达31.4nm。扫描电镜(SEM)下薄膜呈球形颗粒状,并且在x=5%下,薄膜出现了长条状的微观形貌。Cr掺杂使样品的光致发光谱(PL)发生了很大的变化:未掺杂的样品的PL谱在378nm处存在一个紫外发射峰,对应于550nm附近还存在一个由于缺陷态引起的绿光发射峰;掺Cr样品只有在350~550nm的很宽的范围内存在一个发射峰,对其进行高斯拟合后,发现掺Cr量为x=1%,3%,5%下样品均存在V_(Zn)(锌空位)、Zn_i(Zn间隙位)、V_(Zn)~-(带一个电子的锌空位)内部缺陷态,且当x=3%时,V_(Zn)最多。Cr的掺杂使得薄膜的带隙增大,并且x=3%时,禁带宽度最大,达到3.374eV。掺Cr的三个样品均具有室温铁磁性,且x=3%样品的磁化强度最大,其与V_(Zn)(锌空位)最大相对应,验证了Cr~(3+)和V_(Zn)的缺陷复合体是ZnO∶Cr样品具有稳定的铁磁有序的最有利条件的理论预测。     

Mg含量对Mg_xZn_(1-x)O∶Ga薄膜电学性质的影响

通过金属有机物化学气相沉积法制备了不同Mg组分的MgxZn1-xO∶Ga(x=0,0.03,0.14)薄膜。透射谱中MgxZn1-xO∶Ga薄膜的光学带隙随x增大而出现的蓝移证实了Mg在Zn O晶格中的替位掺入。薄膜上金叉指电极间的变温I-V曲线显示,在同等温度下,Ga掺杂MgxZn1-xO薄膜的电阻率随着x值的增大而逐渐升高。这是由于Mg组分增大使材料的导带底显著上升,Ga的施主能级深度增大,导致n型载流子浓度降低。根据I-V曲线计算了270 K温度下MgxZn1-xO∶Ga薄膜的浅能级施主深度。与x=0,0.03,0.14对应的施主能级深度分别为45.3,58.5,65 me V,说明随着薄膜Mg含量的升高,Ga的施主能级深度有增加的趋势。     

太阳电池用Cu2ZnSnS4薄膜的反应溅射原位生长及表征

通过直流反应磁控溅射技术,原位生长制备了太阳电池用Cu₂ZnSnS₄(CZTS)薄膜.采用X射线能量色散谱仪、扫描电镜、X射线衍射仪、紫外可见分光光度计和霍尔效应测试系统对薄膜进行了表征.结果表明,原位生长的CZTS薄膜具有均质、致密和平整的形貌,且由贯穿整个薄膜厚度的柱状颗粒组成.不同基底温度下生长所得薄膜的Cu/(Zn+Sn) 值均约为1,而Zn/Sn值均大于1且随着基底温度升高而减小.所得薄膜在(112)方向上择优取向明显,且结构特征受基底温度和Cu/(Zn+Sn)的共同影响.所得薄膜均具有高达10⁴cm^-1的光吸收系数,其带隙宽度随着生长温度的增加而降低,并且在500℃时为(1.51±0.01)eV.薄膜的导电类型均为p型,且具有与器件级Cu(In,Ga)Se₂(CIGS)相当的载流子浓度. 关键词： 2ZnSnS₄')" href="#">Cu₂ZnSnS₄ 直流反应磁控溅射 原位生长 太阳电池     

Cu(In,Ga)Se2 薄膜在共蒸发"三步法"中的相变过程

CIGS薄膜的结晶相是制备高质量薄膜的关键问题. 本文采用共蒸发"三步法"工艺沉积Gu(In, Ga)Se₂ (CIGS) 薄膜, 通过X射线衍射仪 (XRD) 和X射线荧光光谱仪 (XRF)、扫描电镜 (SEM) 结合的方法详细研究了"三步法"工艺的相变过程, 并制备出转换效率超过15% 的 CIGS 薄膜太阳电池. 关键词： CIGS薄膜 共蒸发三步法 相变过程     

铜铟镓硒薄膜的拉曼和可见-近红外光谱表征

采用恒电位电沉积法在ITO上制备了铜铟镓硒(CIGS)前驱体薄膜,该前驱体薄膜在充氩气管式炉中经过高温硒化可得到结晶良好的CIGS薄膜。采用X-射线衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman)、扫描电子显微镜(SEM)和紫外-可见光-近红外光谱仪分别表征了CIGS薄膜的结构、形貌、成分以及可见-近红外光谱(Vis-NIR)吸收特性。XRD结果表明前驱体薄膜高温硒化后所得的CIGS薄膜具有(112)择优取向,薄膜中CIGS晶粒的平均尺寸为24.7nm,Raman光谱表明薄膜中的CIGS是具有黄铜矿结构的四元纯相,没有其他二元三元杂相存在。Vis-NIR测量结果表明CIGS的禁带宽度随薄膜中镓含量的增加而增加,当Ga含量达5.41%时,通过吸收光谱测得CIGS的禁带宽度为1.11eV,通过理论计算得到镓铟比为Ga/(In+Ga)=16.3%,小于SEM测量所得的镓铟比Ga/(In+Ga)=21.4%,这表明还需进一步提高CIGS薄膜的结晶度。所有测量表明优化后的ITO/CIGS非常适合用来制作高质量的双面太阳能电池。该研究提出了制备低成本CIGS前驱体薄膜及高温硒化的新方法,通过这些方法在ITO上制备了均匀、致密、附着力好的CIGS薄膜。通过上述表征可知,在新工艺下制备的CIGS薄膜结晶度高,成分合理,无杂相,光吸收性质好。与磁控溅射法类似,电沉积法非常适合大面积工业化生产,该工作对CIGS的规模化生产具有重要的借鉴意义。     

Ga梯度分布对Cu(In,Ga)Se_2薄膜及太阳电池的影响

传统制备Cu(In,Ga)Se2(CIGS)手段之一是共蒸发三步法,工艺中通过Cu,In,Ga,Se 4种元素相互扩散、作用形成抛物线形的Ga梯度分布.本文通过调整Ga源温度制备了Ga梯度分布不同的CIGS薄膜及电池.利用多种测试方法,研究了Ga梯度分布不同对CIGS薄膜表面及背面结构性质及电性质的影响,计算分析了表面导带失调值及背面电场对电池性能的影响,从而获得了合适的Ga梯度分布,提高了电池光谱相应,获得了较好的电池性能参数.     

Mn掺杂对热蒸发制备Mg_(2-x)Mn_xSi薄膜结构和电学特性的影响

采用热蒸发镀膜方法制备Mg_(2-x)Mn_xSi(原子比x=0.00,0.02,0.04,0.06,0.08)半导体薄膜.用X射线衍射仪(XRD)、原子力显微(AFM)对Mg_(2-xMn_xSi薄膜样品的晶体结构和表面形貌进行表征,用四探针仪测试样品的电阻率,研究Mn掺杂量对Mg2Si薄膜结构和电阻率的影响.结果表明,在Si(111)衬底上制备Mg_(2-xMn_xSi多晶薄膜,其衍射峰(220)、(200)和(111)随Mn含量的增加逐渐增强.当x=0.02-0.06时,制备的Mg_(2-xMn_xSi薄膜具有较低的平均粗糙度和RMS(Root Mean Square)粗糙度.Mn掺杂降低了Mg2Si薄膜的电阻率,且电阻率随着掺杂量的增加呈现下降趋势.     

膜厚对射频磁控溅射法制备的SnS薄膜结构和光学性质的影响

利用射频磁控溅射法在玻璃衬底上制备SnS薄膜,用X射线衍射(XRD)、能谱仪(EDS)、原子力显微镜(AFM)、场发射扫描电镜(FE-SEM)和紫外-可见-近红外分光光度计(UV-Vis-NIR)分别对所制备的薄膜晶体结构、组分、表面形貌、厚度、反射率和透过率进行表征分析。研究结果表明:薄膜厚度的增加有利于改善薄膜的结晶质量和组分配比,晶粒尺寸和颗粒尺寸随着厚度的增加而变大。样品的折射率在1 500~2 500 nm波长范围内随着薄膜厚度的增加而增大。样品在可见光区域吸收强烈,吸收系数达10⁵ cm^-1量级。禁带宽度在薄膜厚度增加到1 042 nm时为1.57 eV,接近于太阳电池材料的的最佳光学带隙(1.5 eV)。