磁控溅射制备ZnO薄膜及其声表面波特性

通过射频磁控溅射技术在GaAs，Au/GaAs，Si和玻璃基片上成功制备了ZnO多晶薄膜，利用X射线衍射对ZnO薄膜的取向、结晶性进行了表征，结果表明ZnO薄膜呈完全c轴取向，Au缓冲层可以有效地改善ZnO薄膜的晶体质量，X射线摇摆曲线结果表明ZnO(002)衍射峰的半高宽仅为2.41°，同时发现Au缓冲层的结晶质量对ZnO薄膜的c轴取向度有很大影响，通过扫描电子显微镜对ZnO/GaAs和ZnO/Au/GaAs薄膜的表面形貌进行了观测，利用网络分析仪对IDT/ZnO/GaAs薄膜的声表面波特性进行了测量. 关键词： ZnO薄膜 X射线衍射 声表面波     

激光分子束外延方法生长的ZnO薄膜的发光特性

研究了不同温度和不同光激发强度下激光分子束外延方法生长的ZnO薄膜样品的发光性能,发现YAG脉冲激光激发,强度超过一定值时会在长波方向上出现一个新的发光峰,此峰可能起源于电子-空穴的复合。室温下氙灯激发的光谱中可以看到峰值位于381nm的近带边紫外发射峰和位于450nm的强的蓝绿带发射,根据光致发光激发光谱的特征给出了一个简单的蓝光发射模型。对比YAG脉冲激光激发和氙灯激发得到的实验光谱,我们认为不同的光谱特征和样品发光的激发机制有关,紫外峰发射需激发强度超过一定值才能观察到,而蓝带发射则在一定的激发强度下迅速饱和。     

GaN的声表面波特性研究

采用金属有机物化学气相外延方法在(0001)面蓝宝石上生长了高质量、高阻的未掺杂(0001)面GaN薄膜。为精确测量GaN薄膜材料的声表面波特性，在GaN薄膜表面上沉积了金属叉指换能器，叉指换能器采用等叉指结构，叉指的数目为40对，叉指间距为15μm。采用脉冲法测量了声表面波在自由表面和金属表面上的速度，并通过计算得到了机电耦合系数(κ^2)。所测量的声表面波速度（ν)为5667m／s，机电耦合系数(κ^2)为1．9％。     

ZnO薄膜/金刚石在不同激励条件下声表面波特性的计算与分析

本文首先以刚度矩阵法为基础, 给出了ZnO薄膜/金刚石在四种不同激励条件下的有效介电常数计算公式. 然后以此为工具, 分别计算了多晶ZnO(002) 薄膜/多晶金刚石和单晶ZnO(002) 薄膜/多晶金刚石的声表面波特性, 并根据计算结果及设计制作声表面波器件的要求, 对ZnO膜厚的选择进行了详细地分析. 最后讨论了ZnO/金刚石/Si复合晶片可以忽略Si衬底对声表面特性影响时对金刚石膜厚的要求. 关键词： 声表面波 压电多层结构 有效介电常数 刚度矩阵法     

自持金刚石厚膜上沉积生长ZnO薄膜及发光特性

采用磁控溅射在自持CVD金刚石厚膜的成核面上制备了ZnO薄膜,并实验研究了其生长特性和发光特性随O2和Ar流量的变化。利用X射线衍射(XRD)、光致发光(PL)光谱、电子探针(EPMA)和霍尔测量对样品进行了检测。结果表明,在O2/Ar比值约为1时沉积得到的ZnO薄膜取向较一致,呈现高阻的状态并且发光性能最好。     

ZnO/Diamond/Si结构中声表面波传播特性分析

基于递归刚度矩阵方法, 建立了多层结构声表面波表面有效介电常数模型, 计算出了ZnO/Si结构声表面波的相速度频散特性, 与实验结果符合较好, 表明本文所建模型的准确性和有效性. 进一步计算得到了三层结构(ZnO/Diamond/Si)声表面波的相速度和机电耦合系数的频散规律, 获得此结构最优的高波速和高机电耦合系数组合及达到最优组合所需控制的变量, 为高频高性能声表面波器件设计和优化提供了有益参考. 关键词： 声表面波 多层结构 递归刚度矩阵 表面有效介电常数     

ZnO薄膜的分子束外延生长及性能

利用分子束外延(MBE)和氧等离子体源辅助MBE方法分别在Si(100)、GaAs(100)和蓝宝石Al2O3(0001)衬底上用Zn、ZnS或以一定Zn-O化学计量比作缓冲层,改变衬底生长温度和氧压,并在氧气氛下,进行原位退火处理,得到ZnO薄膜。依据X射线衍射(XRD)图,表明样品的结晶性能尚好,且呈c轴择优取向;实验结果表明在不同衬底上生长的ZnO薄膜,由于晶格失配度不同,其衍射峰也有区别。用原子力显微镜(AFM)观测薄膜的表面形貌,为晶粒尺寸约几十纳米的ZnO纳米晶,且ZnO晶粒呈六边形柱状垂直于衬底的表面。采用掠入射X射线反射率法测膜厚。在360nm激发下,样品的发光光谱是峰值为410,510nm的双峰谱,是与样品表面氧缺陷有关的深能级发光。     

嵌入压电基底蜂窝状声子晶体声表面波带隙特性

提出了将部分镍圆柱体镶入128°YX-LiNb03基底的二维蜂窝状压电型声子晶体.用有限元法结合低反射边界条件计算并分析了该结构的能带结构与传输损失.结果显示:与倒圆锥体结构相比,镶入型结构具有更低的声表面波(SAW)带隙,原因是将部分柱体嵌入到基底中增加了共振体的质量.通过分析带隙边缘处振动本征模态结合传输损失发现,...     

低温外延生长平整ZnO薄膜

在较低温度下实现平整ZnO薄膜的生长有利于ZnO的可控p型掺杂以及获得陡峭异质界面。本文使用分子束外延方法,采用a面蓝宝石为衬底,在450 ℃下生长了一系列ZnO薄膜样品。在富氧生长的条件下,固定氧流量不变,通过调节锌源温度来改变锌束流,以此调控生长速率。样品的生长速率为40~100 nm/h。通过扫描电镜（SEM）表征发现：在高锌束流的生长条件下,样品表面有很多不规则的颗粒;降低锌的供应量后,样品表面逐渐平整。原子力显微镜（AFM）测试结果表明：样品的均方根表面粗糙度（RMS）只有0.238 nm,接近于原子级平整度。这种平整表面的获得得益于较低的生长速率,以及ZnO外延薄膜与a面蓝宝石衬底之间小的晶格失配。     

声表面波器件变频快速模拟方法

声表面波器件的级联有限元模拟方法是从整体结构中分离出若干独立的基本单元,通过基本单元边界矩阵的级联实现有限长器件结构的模拟.在实际设计中,通过优化叉指换能器的指条周期,激发出不同波长的声表面波,调整声表面波器件的谐振频率,这导致级联有限元模拟方法存在频繁的单元建模与数据传输过程.为提高模拟效率,该文提出了一种波长(频率...     

石英衬底上Au缓冲层对ZnO薄膜微结构的影响

采用单源化学气相沉积(SSCVD)法,在石英衬底上以Au为缓冲层,Zn4(OH)2(O2CCH3)6.2H2O为固相源制备ZnO薄膜。SEM和XRD测试ZnO薄膜的微结构,结果表明:相对于SiO2衬底上生长的ZnO薄膜,Au/SiO2衬底上生长的ZnO薄膜具有较好的结晶质量和表面平整度;对制备ZnO薄膜的衬底温度进行了工艺优化,结果表明:500℃时制备的ZnO薄膜颗粒大小均匀,结晶质量较好;通过荧光光谱仪对Au/SiO2衬底上的ZnO薄膜进行光致发光(PL)谱测试,ZnO薄膜在400nm出现紫光发射峰,而没有出现与缺陷相关的深能级发射峰,表明ZnO薄膜具有较好的结晶质量。     

L-MBE法生长ZnO薄膜的退火研究

研究了空气退火对于激光分子束外延(L-MBE)法制备的ZnO薄膜光学及结构特性的影响,报道了采用小角度X射线分析(GIXA)技术对于ZnO薄膜退火前后的表面及界面状况的定量分析结果.RHEED衍射图样表明,薄膜经过380℃及600℃原位退火后,其表面仍然较为粗糙.而XRD在面(in-plane)Φ扫描结果显示出经过800℃空气退火之后,薄膜具有更好的外延取向性.GIXA分析结果表明,800℃退火后ZnO薄膜的表面方均根粗糙度从退火前的1.13 nm下降为0.37 nm;同时ZnO/Al2O3界面粗糙度从2.10 nm上升为2.59 nm.ZnO室温PL结果显示,退火后薄膜紫外近带边发光强度比退火前增大了40倍,并出现了源于电子－空穴等离子体(EHP)复合的N带受激发射峰,激发阈值约为200 kW/cm2.     

MOCVD法生长ZnO薄膜的结构及光学特性

采用MOCVD方法在c Al2 O3衬底上生长出了具有单一c轴取向的ZnO薄膜 ,采用X射线衍射 (XRD)、Raman散射、X射线光电子能谱 (XPS)及光致发光 (PL)谱等方法对ZnO薄膜的结构及光学特性进行分析测试。XRD分析只观察到ZnO薄膜 (0 0 0 2 )衍射峰 ,其FWHM数值为 0 1 84°。Raman散射谱中 ,4 35 32cm- 1 处喇曼峰为ZnO的E2 (high)振动模 ,A1 (LO)振动模位于 5 75 32cm- 1 处。XPS分析表明 :ZnO薄膜表面易吸附游离态氧 ,刻蚀后ZnO薄膜O1s光电子能谱峰位于 5 30 2eV ,更接近Zn—O键中O1s电子结合能 (5 30 4eV)。PL谱中 ,在3 2 8eV处观察到了自由激子发射峰 ,而深能级跃迁峰位于 2 5 5eV ,二者峰强比值为 4 0∶1 ,表明生长的ZnO薄膜具有较高的光学质量     

低温缓冲层对氧化锌薄膜质量的影响

利用金属有机化学气相沉积(MOCVD)法,在Si衬底上外延生长ZnO薄膜。为了改善氧化锌薄膜的质量,首先在Si衬底上生长低温ZnO缓冲层,然后再生长高质量的ZnO薄膜。通过XRD、SEM、光致发光(PL)光谱的实验研究,发现低温ZnO缓冲层可有效降低ZnO薄膜和Si衬底之间的晶格失配以及因热膨胀系数不同引起的晶格畸变。利用低温缓冲层生长的ZnO薄膜的(002)面衍射峰的强度要比直接在Si上生长的ZnO薄膜样品的高,并且衍射峰的半高宽也由0.21°减小到0.18°,同时有低温缓冲层的样品室温下的光致发光峰也有了明显的增高。这说明利用低温缓冲层生长的ZnO薄膜的结晶质量和光学性质都得到了明显改善。     

以Au为缓冲层在Si衬底上生长ZnO薄膜

采用化学气相沉积(CVD)方法在Si(001)衬底上分别制备了有金属Au缓冲层以及无Au缓冲层的ZnO薄膜。其中Au缓冲层在物理气相沉积(PVD)设备中蒸发,厚度大约为300nm。有Au缓冲层的ZnO薄膜晶体质量比直接在Si衬底上生长有了显著提高。利用X射线衍射(XRD)研究了所生长ZnO薄膜的结晶质量,有Au缓冲层的ZnO薄膜虽然仍为多晶,但显示出明显的择优取向。用光学显微镜研究了ZnO薄膜的表面特征,金属Au缓冲层显著地提高了在Si衬底上生长的ZnO薄膜的晶粒尺寸及平整度。同时利用室温光致发光(PL)谱研究了ZnO薄膜的光学性质,并分析了有Au缓冲层的ZnO薄膜NEB发光峰强度反而弱的可能原因。     

表面预处理对氧化锌薄膜质量的影响

用MOCVD方法在c面蓝宝石衬底上生长ZnO薄膜。生长前衬底表面进行预处理,观察不同表面预处理对ZnO薄膜质量的影响。测量氧化锌的XRD谱,观察表面预处理后对氧化锌薄膜结晶质量的影响。室温下用325nm的He-cd激光器作为激发源测量ZnO薄膜的紫外发光谱,观察表面处理后对ZnO薄膜发光特性的影响。用HL5500 Hall System分别对ZnO薄膜的电学特性进行了测试。得到了ZnO薄膜的电阻率和霍尔迁移率,并得到氧气气氛处理后电阻率变小,霍尔迁移率变大;氮气气氛射频处理后电阻率变大,霍尔迁移率变小的结果。     

退火对常压MOCVD法生长的高结晶性能 ZnO薄膜发光特性的影响

研究了氧气退火和氮气退火对ZnO薄膜发光特性的影响。ZnO膜是采用常压金属有机化学气相沉积（MOCVD）法在蓝宝石（0001）衬底上生长的。原生样品1有一很强的紫外峰及较强的绿光峰（525nm附近）;原生样品2有很强的紫外峰,深能级发光几乎观察不到。然后从不同原生膜上取两块小样品,分别在氧气和氮气中退火,退火温度是400,500,600,700,800℃。结果表明,在700℃以下退火,退火气氛对ZnO膜的深能级发光影响较大;超过700℃后,退火温度对ZnO薄膜的发光影响大,但退火气氛影响不太明显。通过退火对ZnO薄膜发光特性的影响,讨论了ZnO膜中525nm附近绿光峰的起源。     

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。     

气相输运法制备ZnO薄膜

运用气相输运技术在不同的衬底上制备ZnO薄膜,同时对这些ZnO薄膜的表面形貌、晶体结构和光学特性进行表征。在扫描电子显微镜图像上可以看到,相比没有镀金的Si衬底,ZnO纳米颗粒在镀金的Si衬底上的生长尺寸较大。X射线衍射测试结果表明,在Si(111)和Si(100)衬底上生长的ZnO薄膜显示出不同的六角纤锌矿结构的衍射峰,但没有出现立方闪锌矿ZnO结构的衍射峰。在镀金的Si衬底上,ZnO薄膜生长取向主要为c轴方向。此外,所有ZnO样品的光致发光谱上均只出现一个狭窄且强的紫外峰,约在389 nm(3.19 eV)波长处。     

Fabrication and characteristics of a surface acoustic wave UV sensor based on ZnO thin films grown on a polycrystalline 3C-SiC buffer layer

Zinc oxide (ZnO) thin films were deposited onto a polycrystalline (poly) 3C-SiC buffer layer for surface acoustic wave (SAW) ultraviolet (UV) sensing using a magnetron sputtering system. X-ray diffraction (XRD) and photoluminescence (PL) spectra showed that the ZnO film grown on 3C-SiC/Si had a dominant c-axis orientation, a lower residual stress, and higher intensity of luminescence at 380 nm of ZnO thin film. The SAW resonator UV detector were fabricated on ZnO/Si structures with a 3C-SiC buffer layer. The SAW resonator exposed under UV illumination had a linear response with sensitivity of 85 Hz/(μW/cm²) in ZnO/3C-SiC/Si structures, as compared to 25 Hz/(μW/cm²) in ZnO/Si structures with UV intensity varied until 600 μW/cm².