In掺杂对水热法合成ZnO晶体形貌的影响

本文采用水热法,在ZnO中添加In2O3为前驱物,3mol/L KOH作矿化剂,温度430℃,填充度35;,反应24h,制备了掺In的ZnO晶体.未掺杂In2O3合成的纯ZnO晶体呈六棱锥状,显露负极面-c{0001}、六棱锥面+p{1011}和-p{1011},一般不显露{0001}面.前驱物中掺杂In2O3所合成的ZnO晶体呈六角片状,直径约为5～20 μm,大面积显露{0001}面,另外还显露正锥面+p{1011}、负锥面-p{1011}和负极面-c{0001}.由此可见In掺杂可以明显的改变晶体的形态,使c轴极性快速生长趋向得到明显改善,有利于降低晶体生长缺陷.当采用ZnO晶片为籽晶时,通过水热反应在晶片上生长了一层掺In的ZnO薄膜,通过Hall参数测量得到晶体膜层的电子迁移率约为22cm2/(V·s),载流子浓度约为2×1020 cm-3,具有良好的导电性,同时也说明In可以微量掺入氧化锌晶体.     

Al掺杂ZnO多晶的热电输运性质研究

采用固相反应法制备了六方纤锌矿结构Zn1-xAlxO(0≤x≤0.03)系列多晶,探究了Al掺杂对ZnO多晶的微观形貌和热电输运性质的影响.结果表明,Al掺杂促使ZnO晶粒长大联结,晶界减少,x＞0.003时出现在晶界分布的ZnAl2O4尖晶石相.掺杂后样品由ZnO的半导体行为转变为电阻率显著下降的金属行为,且x=0.003有最小的室温电阻率～1.7 mΩ·cm,主要由于掺杂使样品载流子浓度和迁移率显著提高,x=0.003时载流子浓度和迁移率为最高,分别为1.05×1021 cm-3和20 cm2/V·s;300 ～900 K下掺杂样品热电势的绝对值和功率因子均随温度升高而增大,x =0.003时有最大的室温功率因子～0.4mW/m·K2.综合得到ZnO中Al掺杂的饱和固溶度x≈0.003.     

薄膜厚度对ZnO:Y薄膜结构及光电特性影响

室温下采用射频磁控溅射法在玻璃衬底上制备出了具有良好附着性、低电阻率和高透过率的新型ZnO∶Y(ZnO掺杂Y2O3,简称ZnO∶Y)透明导电薄膜。研究了薄膜厚度对ZnO∶Y薄膜结构、光电特性的影响。结果表明:不同厚度的ZnO∶Y薄膜均为多晶薄膜,具有ZnO六角纤锌矿结构,最佳取向为(002)方向。随薄膜厚度增加,其电阻率减小,当薄膜厚度增至800 nm时,其电阻率为8.36×10-4Ω.cm,迁移率为15.3 cm2.V-1.s-1,载流子浓度为4.88×1020cm-3。不同厚度的薄膜在可见光范围内平均透过率均为90%以上,当薄膜厚度从200 nm增加到800 nm时,薄膜禁带宽度从3.68 eV减小到3.61 eV。     

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;.     

常压化学水解反应生长氧化锌晶体

采用ZnCl2·2H2O在常压下高温水解反应生长ZnO晶体,反应温度为500℃.当以SiC为衬底时,可以获得六棱柱形氧化锌晶体,直径约为10μm,长为30～100 μm.当衬底为蓝宝石时,氧化锌沿[0001]呈定向柱状生长,柱的直径为5～10 μm,柱之间具有较多的内部缺陷.当以ZnO为衬底时,在{0001}面,形成连续膜,表面扫描电镜分析表明,晶体具有明显的极性生长特征,[0001]方向呈螺旋柱状生长.在{0001}面,晶体的平整性较好,呈现台阶性生长.     

磁控溅射技术室温生长氢化ZnO∶Ga薄膜及其特性研究

采用直流脉冲磁控溅射方法,在室温下生长氢化Ga掺杂ZnO薄膜(GZO/H),并通过湿法后腐蚀技术获得绒面结构.研究了室温下H2流量对薄膜结构、光电性能及表面形貌的影响.实验表明,氢化GZO(GZO/H)薄膜具有良好的(002)晶面择优取向生长,引入适当流量的H2可以有效提高薄膜的电学特性,GZO/H薄膜具有更低的电阻率以及较高的迁移率和载流子浓度.当通入H2流量为6 sccm时,薄膜电阻率为6.8 ×10-4 Ω·cm,Hall迁移率达34.2 cm2/Ⅴ·s,制备的GZO/H薄膜可见光区域平均透过率优于85;.此外,研究了H2流量对湿法腐蚀后绒面GZO/H薄膜表面形貌的影响,提出了一种薄膜绒面结构形成过程模型.     

SiO2阻挡层对电子束沉积法生长高迁移率IWO薄膜性能的影响

利用电子束沉积技术在玻璃衬底上制备了IWO( In2O3∶WO3)薄膜和SiO2缓冲层,并将SiO2缓冲层对IWO薄膜性能的影响作了探究.SiO2缓冲层在室温生长.SIMS测试表明:SiO2缓冲层能有效阻挡浮法玻璃中的杂质进入到IWO薄膜.实验获得的具有SiO2阻挡层的IWO薄膜的电子迁移率μ～54.5 cm2·V-1·s-1,电阻率p ～5.86×10-4Ω,cm,电子载流子浓度n～ 1.95×1020 cm-3,400～1600nm砌光谱区域内的平均透过率～76;.     

等离子体增强分子束外延生长ZnO薄膜及光电特性的研究

利用等离子体辅助分子束外延设备(P-MBE)在蓝宝石(Al2O3)衬底上外延生长ZnO薄膜,研究了不同生长温度对结晶质量的影响.随着生长温度的升高,X射线摇摆曲线(XRC)半高宽从0.88°变窄至 0.29°,从原子力显微镜(AFM)图像中发现薄膜中晶粒从20nm左右增大至200nm,室温光致发光(PL)谱中显示了一个近带边的紫外光发射(UVE)和一个与深中心有关的可见光发射.随着生长温度升高,可见光发射逐渐变弱,薄膜的室温载流子浓度由1.06×1019/cm3减少到7.66×1016/cm3,表明在高温下生长的薄膜中锌氧化学计量比趋于平衡,高质量的ZnO薄膜被获得.通过测量变温光谱,证实所有样品在室温下PL谱中紫外发光都来自于自由激子发射;随着生长温度的变化UVE峰位蓝移与晶粒尺寸不同引起的量子限域效应相关.     

绒面ZnO透明导电薄膜

采用孪生ZnO (Al2 O3 ∶2 % )对靶直流磁控溅射制备高透过率、高电导率的平面ZnO薄膜 (迁移率为 5 .5 6cm2 /V·s,载流子浓度为 4 .5 7× 10 2 0 cm-3 ,电阻率为 2 .4 6× 10 -3 Ω·cm ,可见光范围 (380～ 80 0nm)平均透过率大于 85 % )。用酸腐蚀的方法 ,可以获得绒面效果 ,而反应气压对绒面效果没有影响 ,薄膜的电学特性没有变化 ,绒面对光散射作用增强 ,导致相对于平面ZnO薄膜的透过率要低一些 (可见光范围平均透过率大于 80 % )。     

XPS研究N-Al共掺p型ZnO薄膜的传导特性

采用螺旋波等离子体辅助射频磁控溅射技术,在α-Al2 O3衬底上制备了N-Al共掺ZnO薄膜样品.Hall测量表明室温下ZnAlO∶N薄膜为n型传导,在O2等离子体气氛中550℃退火后变为p型.p型ZnO薄膜的载流子浓度为2.1×1016 cm-3,霍尔迁移率为5 cm2/V·s.用X射线光电子能谱仪(XPS)对退火前后的ZnO薄膜进行了各元素的化学态分析.XPS结果表明,ZnAlO∶N薄膜中存在两种与N元素有关的缺陷,N原子替代O位形成的(N)o和N分子替代O位形成的(N2)o.退火后ZnAlO∶N薄膜中(N2)o缺陷减少,(N)o缺陷浓度占优导致了薄膜传导类型转变.