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.     

脉冲激光沉积BNT和KNN系陶瓷薄膜的比较研究

利用脉冲激光沉积技术(PLD),在不同的制备工艺条件下,分别在Pt/Ti/SiO2/Si基片上制备了Bi0.5Na0.5TiO3(BNT)系列的Bi0.5(Na0.7K0.2Li0.1)0.5TiO3(BNKLT)和K0.5Na0.5NbO3(KNN)系列的Li0.04(Na0.5K0.5)0.96(Nb0.775Ta0.225)O3(KNNLT)无铅压电陶瓷薄膜,并利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)对薄膜的晶体结构及表面形貌进行了比较研究.研究结果表明:薄膜的衬底温度、沉积室的氧气压力和薄膜的热处理温度对BNT和KNN薄膜结构和形貌都有较大影响,且影响程度不同;在最佳制备工艺参数下,利用PLD制备的BNT和KNN无铅压电陶瓷薄膜都具有精细的表面结构.     

衬底温度对MOCVD-ZnO薄膜特性的影响

利用金属有机物化学气相沉积(MOCVD)生长技术,制备本征ZnO薄膜,并研究薄膜的结构、形貌及光电等性能.结果表明:衬底温度对ZnO薄膜的微观结构、电学、光学及表面形貌等有显著影响.在衬底温度为180℃时获得电阻率为2.17×10-2Ω·cm.平均透过率为85;的低电阻、高透过率、结晶质量高、表面呈绒面结构的本征ZnO薄膜.对本征ZnO薄膜进一步掺杂和结构优化有望用于硅薄膜太阳能电池的前电极.     

MOCVD法在(220)CaF2衬底上生长ZnO薄膜及其性能研究

采用金属有机化学汽相沉积(MOCVD)法在(220)CaF2衬底上外延生长ZnO薄膜.利用X射线衍射(XRD)、紫外-可见光谱和光致发光谱(PL)对ZnO薄膜的结构和光学性能进行了分析.XRD结果表明,所制备的ZnO薄膜结晶性能良好,具有高度的(002)的择优取向,002衍射峰的半高宽(FMHM)为0.115°.所制备的ZnO薄膜透明,透过率超过85;.在常温的(He-Cd激光器)PL谱中,只有378.5 nm的带边发射.用同步辐射光源测试的真空紫外光谱中,在低温20K时,出现218 nm、368 nm、418 nm、554 nm发光峰,其中368 nm峰强度随着温度的升高强度逐渐下降,到常温时几乎消失.     

Ag掺杂ZnO薄膜光催化降解苯酚的试验研究

本文采用溶胶-凝胶法在石英玻璃基底上制备出性能优良的Ag掺杂的纳米ZnO薄膜,并通过XRD、AFM和UV-Vis吸收光谱对薄膜的结构及光吸收特性进行表征.以苯酚为被降解物,进一步研究了不同掺杂浓度对其光催化性能的影响.结果表明,ZnO:Ag摩尔比为30:1的样品催化效果最佳.     

采用MOCVD法在p型Si衬底上生长Zn0薄膜

采用金属有机物化学气相沉积(MOCVD)法在p型Si(100)衬底上生长未掺杂的n型ZnO薄膜.在不同的生长温度下,c轴取向ZnO薄膜被生长在Si衬底上,生长所采用的锌源为二乙基锌(DEZn),氧源为氧气(O2).通过X射线衍射(XRD)、光电子能谱(XPS)和荧光光(PL)谱研究了薄膜的结构和光学特性.研究表明温度为610℃时生长的ZnO薄膜显示最好的结构和光学特性.此外,所生长n-ZnO/p-Si异质结的I-V特性曲线都表现明显的整流特性,且反向漏电流很小.在620℃生长的异质结的漏电流相对最大,大于在其它温度下生长的异质结的漏电流.     

射频磁控溅射生长ZnO薄膜及性能研究

采用射频磁控溅射技术在玻璃衬底生长ZnO及ZnO∶ Al薄膜,通过改变氩氧比、衬底温度和溅射功率获得样品.用X射线衍射仪、紫外-可见分光光度计、扫描电子显微镜进行表征.结果发现:室温下40W的溅射功率1h的溅射时间,改变氩氧比获得样品.XRD图谱中无明显衍射峰出现;紫外可见光分光光度计测试结果显示400nm波长以下,透光率在90;以上.说明薄膜生长呈无定形.衬底温度高于200℃样品,XRD有明显(002)衍射峰出现,在400～ 800 nm波长范围,透光率在88;以上,衬底温度300℃时,XRD衍射峰半高宽最小,晶粒尺寸大.TEM显示:衬底300℃晶粒尺寸最大,晶体发育好.在200℃掺铝ZnO薄膜,(002)峰不明显,有(101)峰出现.     

钛铝共掺杂氧化锌和钛掺杂氧化锌透明导电薄膜的制备与性能对比研究

利用直流磁控溅射法,在相同实验条件下成功沉积出了钛掺杂氧化锌(TZO)透明导电薄膜和钛铝共掺杂氧化锌(TAZO)透明导电薄膜,并对两种薄膜的结构、应力和光电性能进行了对比研究.结果表明:两种薄膜均为具有c轴择优取向的六角纤锌矿结构多晶薄膜;TAZO薄膜的导电性能优于TZO薄膜,100 W溅射功率下制备的TZO薄膜的电阻率具有其最小值5.17×10-4 Ω·cm,而相同功率下TAZO薄膜的电阻率为3.88×10-4 Ω·cm;同时TAZO薄膜的光学性能也优于TZO薄膜,所有TAZO薄膜样品的可见光透过率均大于91;,而TZO薄膜的可见光透过率均大于85;.     

退火对Si(111)衬底上ZnO薄膜的结构和发光特性的影响

采用磁控溅射法在硅(111)衬底上制备了C轴高度取向的ZnO薄膜,并研究了退火温度和氧气气氛对ZnO薄膜晶体质量、晶粒度大小和光致发光谱的影响.X射线衍射表明,所有薄膜均为高度C轴择优取向,当退火温度低于900℃时,随着退火温度的升高,薄膜的取向性和结晶度都明显提高.室温下对ZnO薄膜进行了光谱分析,退火后的样品均可观测到明显的紫光发射.在一定的退火温度范围内,还可以观测到明显的紫外双峰.空气中退火的样品,当退火温度达到或高于600℃还可观测到绿光发射.实验结果表明,发光峰强度随退火温度和氧气气氛不同而不同,通过改变退火时的温度和氧气气氛可以改变ZnO薄膜的微结构和发光性质.     

溶胶-凝胶法制备ZnO薄膜及其微结构特性研究

采用溶胶-凝胶法(Sol-Gel)制备氧化锌(ZnO)薄膜,研究镀膜层数和退火温度对ZnO薄膜晶体结构、光谱性质及表面形貌的影响.X射线衍射谱测试表明,退火温度为600℃、镀膜层数为10层时制备样品的晶粒尺寸最大,结晶度最好.紫外-可见透过谱发现,样品退火后其透过率曲线变得陡直,光学带隙随退火温度升高而逐渐减小.光致发光谱测试显示,ZnO薄膜的发光谱包含388 nm和394 nm附近的两个主要发光峰,分别对应于本征发射和缺陷发射,其强度随退火温度升高呈现相反的变化.原子力显微照片则显示了随退火温度的升高制备样品表面晶粒的分布趋于均匀而致密.     

反应溅射法制备高透明导电ZnO薄膜的研究

利用Zn/ZnO复合靶材,通过射频磁控溅射技术,在衬底温度为150℃时分别在Ar+O2和Ar+H2的混合气氛中制备ZnO薄膜,通过干涉显微镜、XRD、Hall效应测试仪、紫外-可见分光光度计研究了O2和H2流量对薄膜结构及透明导电性能的影响.结果发现,薄膜厚度随O2流量增加而明显增加而随H2流量增加呈下降趋势.只有通入合适流量的O2或H2,薄膜才能保持(002)择优取向、较高的结晶度以及较小的压应力,同时在薄膜中形成高浓度Vo和/或Hi等缺陷,因此有效降低ZnO薄膜的电阻率,并保持高的透光率,从而改善ZnO薄膜透明导电性能.当前研究中,当O2和H2流量分别为0.4 sccm和2.0 sccm时,得到的最低电阻率分别为6.33×10-3和2.51×10-3Ω·cm,平均透光率均大约为81.5;,相应的最高品质因子分别为1.04×10-3和1.29×10-3 Ω-1.     

电沉积制备的ZnO薄膜在染料敏化太阳能电池中光电性能的研究

采用阴极电沉积法在导电玻璃基体上制备了ZnO薄膜,研究了工艺条件对ZnO薄膜在染料敏化太阳能电池(DSSC)中的光电性能的影响.通过热分析(TG-DTA),X射线衍射(XRD)和电子扫描电镜(SEM)对ZnO薄膜的结构和形貌进行了表征.实验结果表明,电沉积制备的ZnO薄膜为纤锌矿结构,薄膜颗粒均匀,在DSSC中表现出较好的光伏性能.     

碱金属掺杂ZnO薄膜发光性能研究

采用固相反应法制备了不同比例的碱金属掺杂ZnO靶材,并利用磁控溅射法在Si(111)基片上制备不同温度下生长的c轴择优取向ZnO薄膜.通过XRD、AFM和荧光光谱(PL谱)研究了掺杂元素和掺杂比例对薄膜结构和发光特性的影响.结果表明,掺杂未改变ZnO的结构,薄膜具有很好的c轴择优取向.室温下用325 nm的氙灯作为激发光源得到不同样品的 PL 谱,分析表明,紫外发光峰来源于自由激子的复合辐射与带间跃迁,蓝绿发光峰与锌缺陷和氧缺陷有关.此外还探讨了紫外发光峰红移的可能机理.     

Al-H共掺杂ZnO薄膜的形貌及光致发光性能研究

在不同衬底温度条件下采用RF磁控溅射法在石英玻璃上沉积Al-H共掺杂ZnO薄膜.对所有样品进行晶体结构、表面形貌、电学、光学以及室温光致发光性能分析.结果表明:随着衬底温度的升高,ZnO薄膜的结晶度增加,晶粒增大,薄膜致密度增加;薄膜表面起伏变化减小;同时,电阻率最低达到7.58×10-4Ω·cm,透过率保持在75;左右.所有ZnO薄膜样品都以本征发光为主,Al-H共掺杂在一定程度降低ZnO薄膜缺陷发光的强度;随着衬底温度的升高,ZnO薄膜的本征发光强度明显增大;同时在能量为3.45 eV附近观察到了一个紫外发光峰.     

氮气压强对PLD制备ZnO薄膜形貌及光电性能的影响

研究了氮气压强对脉冲激光沉积(PLD)法制备ZnO薄膜形貌及光电学性能的影响.结果表明,当氮气压强较低时,ZnO薄膜是由尺寸为50 nm的薄片组成;当氮气压强增加后,ZnO薄膜变成多孔状,并且组成ZnO薄膜的颗粒尺寸逐渐减小.在氮气压强为20 Pa以上时,所制备的ZnO薄膜的光致荧光(PL)光谱是由380 nm的带边发光峰和520 nm的缺陷发光峰组成;当氮气压强较低时(5 Pa和2 Pa),ZnO薄膜的PL光谱只有一个位于400 nm或41O nm处的发光峰.电学方而,2Pa和5 Pa氮气压强下制备的ZnO薄膜的电阻率约为氮气压强为20 Pa和50 Pa下制备样品的104和105倍.研究表明,当氮气压强较低时,Zn离子和O离子具有较大平均自由程和较大平均动能,因此易使N2离子化,可以使部分N离子掺入ZnO晶格中.当氮气压强较高时,Zn离子和O离子平均动能较小,不易使N2离子化,氮难于掺入ZnO晶格中.     

太阳电池窗口层材料Sc掺杂ZnO薄膜的抗腐蚀性研究

用于太阳电池窗口层的材料必须具有好的耐蚀性.利用射频磁控溅射的方法分别在300℃、350℃、400℃、450℃的沉积温度下制备透明导电Sc掺杂ZnO薄膜(SZO).用X射线衍射仪对样品的结构进行表征.结果表明,所有SZO薄膜均为六角纤锌矿结构,在(002)衍射峰位上相对于纯ZnO粉末有微小的偏移.用动电位扫描极化曲线和交流阻抗谱表征SZO薄膜的耐腐蚀性能,研究结果表明随沉积温度的升高,SZO薄膜的耐腐蚀性增强.在可见光范围内SZO薄膜透过率达85;以上,经3.5;的NaCl溶液腐蚀24h后薄膜透过率仍在80;以上.     

基于直流磁控溅射室温制备ZnO薄膜研究

采用直流磁控溅射法在P型<100>晶向单晶硅衬底上室温制备ZnO薄膜,对室温制备的ZnO薄膜分别在500℃、600℃、700℃进行高温退火,通过采用X射线衍射(XRD)、拉曼光谱和场发射扫描电子显微镜(SEM)、HP4145B型半导体参数测试仪分析不同退火温度对室温生长ZnO薄膜微结构、表面形貌和,Ⅰ-Ⅴ特性影响.实验结果表明,室温生长的ZnO薄膜为非晶态,随退火温度增加,ZnO薄膜出现(002)、(100)、(101)晶面衍射峰且逐渐增强,晶粒大小相对增加,在700℃退火后,呈高度c轴择优取向,晶粒间界明显,拉曼光谱E2模增强.     

风沙对玻璃表面TiO2纳米薄膜冲蚀行为研究

采用溶胶-凝胶法,在玻璃表面制备TiO2薄膜,利用气流挟沙喷射法对涂膜玻璃进行冲蚀实验,采用扫描电镜(SEM)研究了TiO2薄膜在风沙环境下的冲蚀磨损特性、冲蚀行为和侵蚀机理.研究结果表明:TiO2薄膜磨损量随着冲蚀速度和沙剂量的增加而增加;其侵蚀机理为:在低角度冲蚀下,薄膜主要受到微切削作用下产生的划痕损伤,而在高角度冲蚀下,主要受到冲蚀挤压变形作用下产生的薄膜破损.同时TiO2薄膜不仅强度高而且脆性强,其在高角度冲蚀下的磨损更为严重..     

ITO玻璃衬底上生长的Zn0.9Mg0.1S多晶薄膜特性研究

以ZnS和Mg粉末为原料,采用真空蒸镀技术在ITO玻璃上成功地制备了宽禁带三元化合物Zn0.9Mg0.1S多晶薄膜.原子力显微镜和X射线衍射研究表明:薄膜生长形貌和结晶性能良好,为择优取向的立方闪锌矿结构,晶粒直径约20nm,薄膜的X射线衍射峰较之ZnS的衍射峰向大角度方向移动了0.46°;室温下的拉曼谱峰相对于ZnS的拉曼谱峰出现蓝移,且347.67cm-1谱峰比较强;光致发光谱显示,Zn0.9Mg0.1S薄膜在410nm处有一个较强的发光峰.良好的结晶质量和发光特性为开发多功能材料和器件提供了可能性.