Si衬底上ZnO外延膜结构性质的比较

采用连通式双反应室高温MOCVD系统在Si衬底上外延ZnO薄膜,通过卢瑟福背散射/沟道(RBS/C)及高分辨X射线衍射(HR-XRD)技术对不同衬底条件的ZnO外延膜进行了组分及结构分析,结果表明在采用SiC缓冲层后,Si(111)衬底上ZnO(0002)面衍射峰半高宽明显减小,缺陷密度降低,单晶质量显著变好,c轴方向应变由0.49%变为-0.16%,即由拉应变变为压应变且应变值变小,说明SiC缓冲层可以有效地减小ZnO与Si衬底晶格失配带来的应变,改善外延膜质量,实现Si衬底上单晶ZnO的生长.     

ZnO纳米棒与Si(111)和Si(100)衬底的外延关系(英文)

运用热蒸发技术在Si(111)和Si(100)基片上制备了ZnO纳米棒。SEM表征显示,ZnO纳米棒的直径约100nm,长度均匀,大约3μm;XRD表征发现ZnO纳米棒沿[0001]晶向择优生长。通过实验结果与理论分析得出:对于Si(111)基片上的样品,大部分ZnO纳米棒沿6个对称方向生长,而且与基片之间的夹角为54.7°,ZnO与Si(111)的外延关系为[0001]ZnO‖[114]Si,[0001]ZnO‖[4]Si,[0001]ZnO‖[141]Si,[0001]ZnO‖[4]Si,[0001]ZnO‖[411]Si,或[0001]ZnO‖[4]Si。对于Si(100)基片上的样品,大部分ZnO纳米棒沿4个对称方向生长,与基片之间的夹角为70.5°,其外延关系为[0001]ZnO‖[114]Si,[0001]ZnO‖[4]Si,[0001]ZnO‖[14]Si,或[0001]ZnO‖[14]Si。通过比较分析得出Si基片可以控制ZnO纳米棒的生长方向。     

应力对ZnO/Si异质结构的光致发光的影响

研究了ZnO薄膜中应力对发光的影响.实验样品为ZnO体单晶、在Si基片上直接生长的ZnO薄膜以及通过SiC过渡层在Si基片上生长的ZnO薄膜.测量了这三种样品的X射线衍射图形、喇曼光谱和光致发光光谱.由X射线衍射图形可以看出,由于SiC过渡层缓解了ZnO与Si之间的晶格失配,使得通过SiC过渡层在Si上生长的ZnO薄膜的结晶质量好于直接在Si上生长的ZnO薄膜的质量.进一步通过喇曼谱测量发现,与ZnO体单晶相比,直接在Si上生长的ZnO薄膜的E2(high)峰红移1.9cm-1,根据喇曼谱峰位移与应力的关系可以推出薄膜中存在0.4GPa的张应力;而通过SiC过渡层在Si上生长的ZnO薄膜的E2(high)峰红移0.9cm-1,对应着0.2GPa的张应力.对照X射线衍射图形的结果可以看出,薄膜中张应力的大小与薄膜的结晶质量密切相关,表明张应力来源于外延层和基片间的晶格失配,晶格失配越大,外延层中产生的张应力越大.有无SiC过渡层的两种薄膜样品的PL光谱中都存在紫外和绿光两种谱带,随样品热处理时氧气分压增加,两种样品都出现绿光增强的相似的变化规律,但有SiC过渡层的样品的变化幅度较小.这一结果说明,绿色发光中心与薄膜的质量,也就是与薄膜中存在的张应力大小有关.在以往研究中得出的非故意掺杂ZnO薄膜的绿色发光中心来源于氧反位缺陷(Ozn),文中研究的结果正好可以解释氧反位缺陷形成的原因.由于薄膜中存在张应力,使得样品的能量升高,其结果必然会产生缺陷来释放张应力,以便降低系统能量.而氧离子半径大于锌离子半径,氧替位锌有利于释放张应力,也就是说,在存在张应力的情况下,Ozn的形成能降低.这一结果进一步证明Si上生长的ZnO薄膜中的绿色发光中心与氧反位缺陷有关.     

蓝宝石衬底上生长的铝镓氮外延膜的应变分析

采用金属有机化学气相沉积(MOCVD)方法制备了不同Al组分含量的2μm厚AlxGg1-xN外延膜,通过透射电镜定性分析了外延膜中的位错和缺陷,通过高分辨X射线衍射试验对AlxGa1-xN外延膜进行ω/2θ扫描,结果显示外延膜为六方晶系纤锌矿结构,通过对对称面和非对称面的晶面间距进行修正精确计算了外延膜晶格常数,并由此对应变进行定量分析,四个不同Al组分的AlxGa1-xN外延膜样品的四方畸变值随Al含量的增大而逐渐减小,并且均小于零,在水平方向上均处于压应变状态.     

在Si(211)衬底上分子束外延CdTe的剪切应变

利用高分辨率X射线衍射技术对分子束外延CdTe（211）B/Si（211）材料的CdTe外延薄膜进行了倒易点二维扫描,并通过获得的对称衍射面和非对称衍射面的倒易空间图,对CdTe缓冲层的剪切应变状况进行了分析.研究发现,对于CdTe/Si结构,随着CdTe厚度的增加,[1-1-1]、[01-1]两个方向的剪切角γ[1-1-1]和γ[01-1]都有变小的趋势,且γ[1-1-1]的大小约为γ[01-1]的两倍;对于CdTe/ZnTe/Si结构,ZnTe缓冲层的引入可以有效地降低CdTe层的剪切应变.     

ZnO/SiC/Si(111)异质外延

使用SiC作为过渡层,采用自行设计建造的连通式双反应室高温MOCVD系统很好地克服了ZnO和SiC生长时的交叉污染问题,在Si基片上外延出高质量的ZnO薄膜.测量了样品的XRD和摇摆曲线,以及室温下的PL谱.实验结果表明,SiC过渡层的引入大大提高了ZnO薄膜的质量和发光性能,并有望实现在Si上制备ZnO单晶薄膜.     

溅射法生长高度取向ZnO的实验研究

采用直流磁控反应溅射法，在3种衬底上获得c轴(002)定向生长的ZnO薄膜，并利用X射线衍射、PL谱对上述薄膜进行了实验研究。结果表明N型(100)Si衬底上，ZnO(002)取向度最高，分析认为是由于N型(100)Si与ZnO(002)晶格匹配度高所致。     

Photoelectric conversion characteristics of ZnO/SiC/Si heterojunctions

A series ofn-ZnO/n-SiC/p-Si and n-ZnO/p-Si heterojunctions were prepared by DC sputtering. Their struc-tural properties, Ⅰ-Ⅴ curves, photovoltaic effects and photo-response spectra were studied. The photoelectric conver-sion characteristics of n-ZnO/n-SiC/p-Si and n-ZnO/p-Si heterojunctions were investigated. It is found that the pho-toelectric conversion efficiency of the n-ZnO/n-SiC/p-Si heterojunction is about four times higher than that of the n-ZnO/p-Si heterojunction. The photovoltaic response spectrum indicated that the photoresponse curve of n-ZnO/n-SiC/p-Si increased more strongly than that of n-ZnO/p-Si with the wavelength increasing. It shows that the photore-sponse ofn-ZnO/p-Si can be enhanced when inserting a 3C-SiC layer between ZnO and Si. There is one inflexion in the photocurrent response curve of the n-ZnO/p-Si heterojunction and two inflexions in that of the n-ZnO/n-SiC/p-Si het-erojunction. It is clear that the 3C-SiC plays an important role in the photoelectric conversion of the n-ZnO/n-SiC/p-Si heterojunction.     

ZnO/SiC/Si异质结的光电转换特性

我们利用直流溅射制备了一系列的n-ZnO/n-SiC/p-Si和n-ZnO/p-Si异质结,通过研究他们的结构、I-V曲线、光生伏特效应和光响应谱。并且研究了他们的光电转换特性。发现n-ZnO/n-SiC/p-Si异质结的光电转换效率大约是n-ZnO/p-Si异质结的四倍。n-ZnO/n-SiC/p-Si异质结的光响应曲线也比n-ZnO/p-Si异质结强,表明n-ZnO/p-Si异质结加入3C-SiC中间层后光响应明显增强。在表面光电流谱中n-ZnO/n-SiC/p-Si异质结观察到两个拐点,而n-ZnO/p-Si异质结只观察到一个。通过以上研究可以看出3C-SiC在n-ZnO/n-SiC/p-Si异质结的光电转换中起了很大的作用.     

AlGaN中的应变状态

用X射线衍射和卢瑟福背散射方法研究了生长在GaN上厚度为570nm 的AlxGa1-xN外延层中的应变状态. 实验结果显示AlGaN的共格因子在组分小于0.42时随组分的增加而近似线性减小，并且在0.42时达到30%，此后随组分的增加变化较慢，在x＝1(AlN)时接近0. 在本实验条件中，由于GaN层处于压应变状态，导致与AlGaN外延层的失配变小，使得组分约为0.16的AlxGa1-xN外延层可以共格生长在GaN层上.     

Interface properties of ZnO nanotips grown on Si substrates

ZnO nanotips have been grown on Si (100) using metalorganic chemical vapor deposition (MOCVD). The growth temperature is optimized for good crystallinity, morphology, and optical properties. ZnO nanotips exhibit a strong near band edge emission of ∼376 nm at room temperature with negligible green band emission. Pregrowth substrate treatment using diluted hydrofluoric acid (HF) and minimized oxygen exposure before the initial growth significantly reduces the interfacial SiO₂ thickness, while maintaining good morphology. An n-ZnO nanotips/p-Si diode is fabricated and its I–V characteristic is measured. The threshold voltage of the diode is found to be below 2.0 V with small reverse leakage current. The ZnO/p-Si diodes provide the possibility of integrating the ZnO nanotips with Si-based electronic devices.     

Effects of Thickness on Properties of ZnO Films Grown on Si by MOCVD

采用金属有机化学气相沉积方法,在Si(100)衬底上生长出具有高度C轴择优取向的ZnO薄膜.通过X射线衍射、原子力显微镜和室温光致发光谱研究了厚度对ZnO薄膜的结构、表面和光学性能的影响.X射线衍射图显示ZnO薄膜只有单一的(0002)峰,具有高度择优取向.AFM和PL测试表明,在取样薄膜厚度范围内,薄膜的表面质量和发光性能没有随着薄膜厚度的增加而提高.这是因为薄膜在厚度增加的生长过程中,生长模型变化且晶粒增大.     

厚度对Si衬底上生长的ZnO薄膜性能的影响

采用金属有机化学气相沉积方法,在Si(100)衬底上生长出具有高度C轴择优取向的ZnO薄膜.通过X射线衍射、原子力显微镜和室温光致发光谱研究了厚度对ZnO薄膜的结构、表面和光学性能的影响.X射线衍射图显示ZnO薄膜只有单一的(0002)峰,具有高度择优取向.AFM和PL测试表明,在取样薄膜厚度范围内,薄膜的表面质量和发光性能没有随着薄膜厚度的增加而提高.这是因为薄膜在厚度增加的生长过程中,生长模型变化且晶粒增大.     

Structural and photoelectrical characteristics of Si/6H-SiC heterojunctions prepared by hot-wall chemical vapor deposition

Based on a potential application for the Si/SiC heterojunction to realize light control of SiC devices, structures and electrical properties of boron-doped silicon layer deposited on the n-type 6H-SiC substrate by hot-wall chemical vapor deposition were investigated in this paper.X-ray diffraction analysis and scanning electronic microscopy were used to characterize the crystal structure and morphology of the deposited silicon layer. Results of I–V and C–V measurements indicated that the heterojunction was abrupt manifesting obvious p–n junction properties. During the I–V measurement, the Si/SiC heterojunction developed a remarkable photovoltaic effect under illumination condition.