ZnO/P-Si异质结的光电特性研究

利用脉冲激光沉积方法在P-Si(100)衬底上生长ZnO薄膜,制备ZnO/P-Si异质结,研究衬底温度对异质结光电特性的影响.结果表明,在400℃,500℃,550℃和600℃下生长ZnO制备的异质结都有一定的整流特性,反向暗电流随着衬底温度的升高略有增加,在550℃下制备的样品具有最明显的光电效应.ZnO/P-Si异质结对可见光和紫外光呈现出不同的响应性.在可见光照射下,光电流随反向偏压急剧增大,偏压增大到某一值时,光电流增速变小,而在紫外光下,光电流有逐渐增大的趋势.根据ZnO的透射谱认为,可见光和紫外光是异质结不同的耗尽区诱导电子-空穴对产生光电流的.     

PLD法生长n-Zn1-xCoxO/p-Si异质结的电学性能研究

用高功率脉冲激光轰击Zn1-xCoxO,得到锌、钴和氧的原子、分子和团簇等混合体,并在p型单晶Si表面反应生成n型Zn1-xCoxO.X射线衍射(XRD)、原子力显微镜(AFM)研究表明,这层材料是结构致密均匀、呈c轴高度择优取向的薄膜,与p型Si材料形成n-Zn1-xCoxO/p-Si异质结.在Zn1-xCoxO中加入H,生成了Co-H-Co聚合体,异质结的势垒高度随着Co含量的增加而增加,同时深能级的Co-d轨道捕获作为浅施主的间隙H提供的电子,造成的体系n型半导体层的载流子浓度降低,电阻率提高,使得n-Zn1-xCoxO/p-Si异质结在6.5V时漏电流降致6×10-3 mA,反向击穿电压超过20V,电学性能得到显著改进.     

退火处理对ZnO薄膜晶体结构和导电性能的影响

利用直流反应磁控溅射法在硅衬底上沉积C轴择优取向的ZnO晶体薄膜,将该样品进行退火处理,并测量了样品的导电性能,结果显示退火处理可以引起薄膜的重结晶,从而改善薄膜的结晶状况,改变薄膜中的化学配比.退火后样品的薄膜电阻相对较小,增加了薄膜中施主的浓度,增强了薄膜的导电性.     

生长温度对Ga掺杂ZnO薄膜光电性能的影响

在不同衬底温度(室温~750 ℃)条件下,采用脉冲激光沉积(PLD)方法在石英玻璃和单晶硅(111)衬底上制备了Ga掺杂ZnO(GZO)薄膜。结果显示:衬底温度的变化导致衬底表面吸附原子扩散速率和脱附速率的不同,从而导致合成薄膜结晶质量的差异,衬底温度450 ℃时制备的GZO薄膜具有最好的结晶特性;GZO薄膜中载流子浓度随衬底温度升高而单调减小的现象与GZO薄膜中的本征缺陷密切相关,晶界散射强度的变化导致迁移率出现先增大后减小的趋势,衬底温度450 ℃时制备的GZO薄膜具有最小的电阻率~0.02 Ω·cm;随着衬底温度的升高,薄膜载流子浓度的单调减小导致了薄膜光学带隙变窄,所有合成样品的平均可见光透过率均达到85%以上。采用PLD方法制备GZO薄膜,衬底温度的改变可以对薄膜的光电性能起到调制作用。     

氧气流量对脉冲激光沉积ZnO薄膜的形貌及光学性质影响

使用脉冲激光沉积(PLD)方法在石英(SiO2)和单晶Si(111)基底上制备了具有高c轴择优取向的ZnO薄膜。测试结果显示:在30～70sccm氧气流量范围内,氧气流量50sccm时制备的ZnO薄膜具有较好的结晶质量、较高的光学透过率(≥80%)、较高的氧含量(～40.71%)、较快的生长速率(～252nm/h)和较好的发光特性:450～580nm附近发射峰最弱,同时～378nm附近的紫外发光峰最强,表明薄膜材料中含有较少的氧空位等缺陷。     

快速退火对PLD法制备SnS薄膜结构和光学性质的影响

利用脉冲激光沉积(PLD)法在玻璃基片上室温生长SnS薄膜,并在Ar气保护下分别在200,300,400,500,600℃对薄膜进行快速退火处理。利用X射线衍射(XRD)、拉曼光谱仪(Raman)、原子力显微镜(AFM)、场发射扫描电子显微镜( FE-SEM)、紫外-可见-近红外分光光度计( UV-Vis-NIR)、Keithley 4200-SCS半导体参数分析仪研究了快速退火温度对SnS薄膜的晶体结构、表面形貌以及有关光学性质和电学性能的影响。所制备的SnS薄膜样品沿(111)晶面择优取向生长,退火温度为400℃时的薄膜结晶质量最好。薄膜均具有SnS特征拉曼峰。随着退火温度的升高,薄膜厚度逐渐减小,而平均颗粒尺寸逐渐增大。不同退火温度下的SnS薄膜在可见光范围内的吸收系数均为105 cm-1量级,400℃时退火薄膜的直接带隙为1.92 eV。随着退火温度从300℃升高到500℃,电阻率由1.85×104Ω·cm下降到14.97Ω·cm。     

生长条件对脉冲激光沉积制备ZnO：Al薄膜光电性能的影响

本文研究了脉冲激光沉积(PLD)生长过程中, 铝掺量、氧压及衬底温度等实验参数对ZnO:Al(AZO)薄膜生长的影响, 并利用扫描电子显微镜、原子力显微镜、X射线衍射、霍尔效应、光透射光谱等实验手段对其透明导电性能进行了探讨. 变温霍尔效应和光透射测量表明, 当靶材中铝掺量大于0.5 wt%时, 所制备AZO薄膜中铝施主在80 K时已完全电离, 因Bernstein-Moss (BM) 效应其带隙变大, 均为重掺杂简并半导体. 进一步系统研究了氧压和衬底温度对AZO薄膜透明导电性能的影响, 实验发现当氧压为1 Pa, 衬底温度为200 ℃时, AZO 导电性能最好, 其霍尔迁移率为28.8 cm²/V·s, 薄膜电阻率最小可达2.7×10^-4 Ω·cm, 且在可见光范围内光透过率超过了85%. 氧压和温度的增加, 都会导致薄膜电阻率变大. 关键词： 脉冲激光沉积法 ZnO：Al薄膜 透光性 导电性     

H/Al共掺杂对ZnO基透明导电薄膜光电性质和晶体结构的影响

利用H在ZnO中作为浅施主杂质的特性,研究了H掺杂对ZnO：Al透明导电薄膜特性的影响。通过降低ZnO：Al中Al的含量并同时引入H掺杂,解决了透明导电薄膜中高导电性与高透过率之间的矛盾。H的掺杂可以显著降低ZnO基透明导电薄膜的电阻率,这是由于H一方面作为施主可以提供电子从而提高了自由载流子浓度;另一方面与ZnO晶界中的O^-结合降低了晶界势垒,提高了载流子迁移率。利用H掺杂,可以在Al掺杂量降低10倍的情况下,仍然能获得低电阻率（6.3×10^-4 Ω·cm）的透明导电薄膜,同时其近红外波段（1 200 nm）透光率从64%提高到90%。这种具有高导电性和高透光性的透明导电薄膜可以应用于各类薄膜太阳能电池中以提升器件效率。     

Au层退火温度对ZnO/Au/ZnO多层膜的结构、光学及电学性质的影响

采用金属有机化学气相沉积(MOCVD)技术在蓝宝石衬底上制备出晶体质量较好的透明导电的ZnO/Au/ZnO(ZAZ)多层膜,其中,Au夹层是通过射频磁控溅射的方法获得。通过对Au夹层进行不同温度的退火处理,研究了Au层退火温度对ZAZ多层膜的结构特性、电学性能和光学特性的影响。利用原子力显微镜(AFM)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)仪、霍尔效应测试和透射谱分析等测试手段对ZAZ多层膜的性质进行了分析。测试结果表明,在200 ℃下对Au夹层进行快速退火处理,多层膜的结构、电学和光学性质达到最优,表面等离子体效应也更明显。其中,XRD(002)衍射峰的半高宽为0.14°,电阻率为2.7×10^-3 Ω·cm,载流子浓度为1.07×10²⁰ cm^-3,可见光区平均透过率为75.3%。     

Au/PZT/BIT/p-Si异质结的制备与性能研究

采用脉冲激光沉积(PLD)工艺,制备了以Bi₄Ti₃O₁₂(BIT)为过渡阻挡层的Au/PZT/BIT/p-Si异质结.研究了BIT铁电层对Pb(Zr_0.52Ti_0.48)O₃(PZT)薄膜晶相结构、铁电及介电性能的影响,对Au/PZT/BIT/p-Si异质结的导电机制进行了讨论.氧气氛530℃淀积的PZT为多晶铁电薄膜,与直接淀积在Si基片上相比,加入BIT铁电层后PZT铁 关键词： 铁电薄膜 异质结构 脉冲激光沉积(PLD)     

ZnO薄膜近带边紫外发光的研究

用ZnO陶瓷靶,采用脉冲激光沉积(PLD)技术在c-Al₂O₃衬底上制备了ZnO薄膜。通过不同温度下光致发光(PL)光谱的测量,对样品的紫外发光机理进行研究。 在较低温度(10 K)下的PL光谱中,观测到一个位于3.354 eV处的束缚激子(D⁰X)发射,随着温度的升高(~50 K),在D⁰X的高能侧观测到了自由激子的发射峰。在10 K温度下,3.309 eV处出现了一个较强的发光带A,此发光带强度随着温度升高先增大然后减小,并且一直延续到室温。重点讨论了此发光带的起源,并认为A带可归属于自由电子-受主之间的复合发射。     

脉冲激光沉积(PLD)法生长高质量ZnO薄膜及其发光性能

采用脉冲激光沉积(PLD)法在单晶Si(100)衬底上生长ZnO薄膜,以X射线衍射(XRD)、原子力显微镜(AFM)和透射电镜(TEM)等手段分析了所得ZnO薄膜的晶体结构和微观形貌。优化工艺(700℃,20Pa)下生长的ZnO薄膜呈c轴高度择优取向,柱状晶垂直衬底表面生长,结构致密均匀。室温光致发光(PL)谱分析结果表明,随着薄膜生长时O₂分压的增大,近带边紫外发光峰与深能级发光峰之比显著增强,表明薄膜的结晶性能和化学计量比都有了很大的改善。O₂分压为20Pa时所生长的ZnO薄膜具有较理想的化学计量比和较高的光学质量。     

氧分压对Mg掺杂ZnO薄膜结晶质量和光学特性的影响

利用脉冲激光沉积技术,通过改变沉积过程中的氧气压力,在蓝宝石(0001)基片上制备了一系列ZnMgO合金.通过X射线衍射、反射和透射光谱以及室温和变温荧光光谱,对薄膜的结构和光学性能进行了系统地表征,分析了工作气压对ZnMgO合金薄膜的结晶质量及光学特性的影响.研究结果表明:随着沉积环境中氧气压力的增大,ZnMgO薄膜的结晶质量下降,富氧环境下,与蓝宝石晶格平行的ZnO晶粒的出现是导致薄膜结晶质量下降的主要原因;相对于本征ZnO,不同氧气环境下沉积的ZnMgO薄膜的紫外荧光峰均出现了不同程度的蓝移.随着工 关键词： ZnO Mg掺杂 脉冲激光沉积 薄膜生长 光学特性     

Growth and characterization of pulsed laser deposited ZnO thin films

One of the most important and promising materials from metal oxides is ZnO with specific properties for near UV emission and absorption optical devices. The properties of ZnO thin films strongly depend on the deposition method. Among them, pulsed laser deposition (PLD) plays an important role for preparing various kinds of ZnO films, e.g. doped, undoped, monocrystalline, and polycrystalline. Different approaches — ablation of sintered ZnO pellets or pure metallic Zn as target material are described. This contribution is comparing properties of ZnO thin films deposited from pure Zn target in oxygen atmosphere and those deposited from sintered ZnO target. There is a close connection between final thin film properties and PLD conditions. The surface properties of differently grown ZnO thin films are measured by secondary ion mass spectrometry (SIMS), atomic force microscopy (AFM) and scanning electron microscopy (SEM). Furthermore, different approaches — ablation of sintered ZnO pellet or pure metallic Zn as target materials are described. The main results characterize typical properties of ZnO films versus technological parameters are presented. Presented at 5-th International Conference Solid State Surfaces and Interfaces, November 19–24, 2006, Smolenice Castle, Slovakia     

脉冲激光沉积方法制备ZnO薄膜生长参量对发光特性的影响

用脉冲激光沉积（PLD）方法在Si（111）衬底上制备了ZnO薄膜。以325nmHe-Cd激光器为光源对薄膜进行了荧光光谱分析,用X射线衍射仪（XRD）和原子力显微镜（AFM）分别对薄膜的结构和形貌进行了分析。脉冲激光沉积方法的主要生长参量为氧压、激光重复频率、生长温度和激光能量。通过控制这些参量变量,研究了这些参量对ZnO薄膜发光特性的影响,得到了用于紫外发光的ZnO薄膜生长的优化条件：发现在温度为650℃左右、氧压50Pa左右、频率5Hz左右的范围内能得到半峰全宽较窄,强度较大的紫外发光峰。分析认为紫外峰主要是由激子辐射复合发光形成的,绿光带主要和Ozn的存在密切相关,氧空位是蓝光发射的重要原因。     

Au-BaTiO3复合薄膜的脉冲激光沉积制备及其非线性光学效应

利用脉冲激光沉积技术制备了掺杂金纳米颗粒的钛酸钡复合薄膜Au-BaTiO3,用高分辨透射电镜和X射线光电子能谱对薄膜进行了表征。从透射电镜照片可以看出,制备的样品中金颗粒大小约为2~3 nm,呈球形,均匀分布在载体介质中。X射线光电子能谱给出了Ba3d、Ti2p和Au4f电子芯能级结合能,结果表明载体介质是以BaTiO3的形式存在,而Au以金属的状态掺杂其中。330~800 nm范围的线性吸收谱表明样品中Au颗粒的共振吸收峰在500 nm附近。用单光束纵向扫描方法测量了样品的三阶非线性光学效应,使用的光源为调Q的YAG激光器,波长为532 nm,脉宽为10 ns,得到的非线性折射率和非线性吸收系数分别为-2.42×10-6esu和2.22×10-6m/W,表明了Au-BaTiO3复合薄膜有较大的非线性光学响应。     

脉冲激光沉积法制备的ZnO薄膜的低阈值电抽运紫外随机激射

分别采用直流反应溅射法和脉冲激光沉积法在硅衬底上沉积ZnO薄膜, 用X射线衍射、扫描电镜、光致发光谱等手段对两种方法沉积的ZnO薄膜的结晶状态、 表面形貌和光致发光等进行了表征. 进一步对比研究了以上述两种方法制备的ZnO薄膜作为发光层的金属-绝缘体-半导体结构器件的电抽运紫外随机激射. 结果表明, 与以溅射法制备的ZnO薄膜作为发光层的器件相比, 以脉冲激光沉积法制备的ZnO薄膜为发光层的器件具有更低的紫外光随机激射阈值电流和更高的输出光功率. 这是由于脉冲激光沉积法制备的ZnO薄膜中的缺陷更少, 从而显著地减少了紫外光在光散射过程中的光损耗. 关键词： 随机激射 ZnO薄膜 脉冲激光沉积 溅射