ZnO单晶的生长表面形貌及形成机制研究

采用石墨辅助化学气相传输法生长了ZnO单晶体.利用XRD、金相显微镜和扫描电镜等对晶体结构和表面形貌进行研究,发现其表面由大量六边形台阶堆垛而成,单个晶粒呈六方伞状结构并始终显露(001)面.同一平面内台阶的大小、陡峭程度存在差异,台阶之间为平行走向.通过形成机制分析,获得生长体系的过饱和度σv约为7;,发现生长表面的腐蚀形貌为六边形平底蚀坑,确定在化学气相法中ZnO单晶呈台阶生长的主要条件是螺旋位错.     

ZnO∶Al衬底上低温生长GaN薄膜

利用射频磁控溅射在普通玻璃上制备了(0002)择优取向的ZnO:Al薄膜.采用电子回旋共振-等离子体增强金属有机物化学气相沉积(ECR-PEMOCVD)技术,在ZnO:Al薄膜衬底上沉积了厚度为320 nm的GaN薄膜.利用高能电子衍射(RHEED)、X射线衍射(XRD)、原子力显微镜(AFM)和光透射谱等表征方法,研究了沉积温度对GaN薄膜的结晶性、表面形貌和透射率的影响.     

蓝宝石衬底上磁控溅射法室温制备外延ZnO薄膜

在室温条件下,采用磁控溅射方法在蓝宝石(0001)衬底上制备了外延的ZnO薄膜.采用原子力显微镜(AFM)、X射线衍射仪(XRD)、可见-紫外分光光度计系统研究了ZnO薄膜微观结构和光学特性.AFM测量结果表明ZnO薄膜具有较为均匀的ZnO晶粒,表面平整,具有较小的均方根粗糙度(0.9 nm);X射线衍射结果表明制备的ZnO薄膜为具有六角纤锌矿结构的外延薄膜;光学透射谱显示样品在可见光范围内具有较高的透过性,并在370 nm附近出现一个较陡的吸收边,表明在室温下制备出了具有较高质量的ZnO薄膜.     

CuCl枝晶与单质Cu枝晶的生长与枝晶形貌结晶学分析

以锌粉和氯化亚铜为原料,采用水热法,制备了单质Cu枝晶与CuCl枝晶.利用X-射线衍射仪(XRD)、能谱仪(EDS)和扫描电子显微镜(SEM),对枝晶产物和生长机理进行了表征.结果表明:单质Cu枝晶多为黄色具有金属光泽的三维树枝状结构,也可见二维枝状结构;CuCl枝晶为白色二维叶片状结构.尽管CuCl叶片在整体的外形上略有不同,但结晶学特征是相同的,都可以观察到明显的主干,在主干的两侧均有侧枝,且侧枝与主干之间呈60°夹角关系,同侧的侧枝之间彼此平行排列.通过对叶片状枝晶的结晶学规律的分析发现:CuCl枝晶的主干是由四面体单体沿[121]方向以平行连生方式形成,侧枝是四面体单体分别沿[211]和[112]平行连生而成.     

人造含硼金刚石单晶表面形貌与生长机制研究

本文借助Olympus光学显微镜、扫描电子显微镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)对高温高压合成的含硼金刚石单晶表面形貌进行了分析.研究发现,含硼金刚石表面存在蚀坑、球形颗粒集团、平行台阶、花瓣状生长丘和三角形螺旋台阶等多种表面形貌.这些形貌与晶体内部的缺陷有关,硼原子的进入使金刚石晶体生长速度增加,位错增多,进而导致不同表面形貌的形成,螺旋位错生长是含硼金刚石的主要生长方式.     

钛铪酸钡薄膜的制备与形貌

溶胶-凝胶工艺在(100)Pt/Ti/SiO2/Si基片上制备了BaHfxTi1-xO3(x=0.005,0.01,0.02)薄膜.通过X射线衍射仪、拉曼光谱对薄膜微观结构进行了测试,采用APEX型多功能力学测试系统的3D显微镜模块和SEM对薄膜表面粗糙和厚度进行了表征.结果表明:薄膜中Hf4+进入BaTiO3晶格中,且BaHfxTi1-xO3具有明显的(200)取向,当x=0.005时取向度最大(1.94),晶粒尺寸最小(21.34 nm);薄膜拉曼光谱发现随Hf4+含量的增加BaHfxTi1-xO3薄膜各光学声子模对应的拉曼振动模式峰都发生了蓝移,显示出四方相的特征谱,四方相的程度随Hf含量的增大而减弱;所有薄膜表面较平整,均方根粗糙度(RMS)在21～26 nm之间.     

枝晶研究的发展现状

本文主要介绍了枝晶研究的发展现状,主要包括枝晶形貌研究和生长理论研究两个方面.枝晶形貌方面:对生长形态选择问题,比较符合实际的解是"最大质量沉积速率"选择规律;枝晶分枝程度与过冷度和晶体对称性有关,分枝反映晶体的对称性.生长理论方面主要介绍三种生长模型:Zener近似因子模型,扩散限制聚集(DLA)模型和成核限制聚集(NLA)模型.并探讨了需进一步研究的两个方面:具对称结构的枝晶的生长机理和枝晶形貌的统一规范化描述.     

掺氮四配位非晶碳薄膜的拉曼光谱和表面形貌

采用磁过滤真空溅射离子沉积技术,用氩气和氮气共溅射石墨靶,在不同氮气分压下,制备了一组不同氮含量的四配位非晶碳薄膜(ta-C:N).用X射线光电子能谱确定ta-C:N薄膜中的氮含量;研究了氮含量对ta-C薄膜的拉曼光谱和表面形貌的影响.结果表明:不含氮的ta-C薄膜的拉曼光谱是中心在1580cm-1、范围从1200cm-1至2000cm-1的类高斯峰,表面均匀光滑;含氮的ta-C:N薄膜,其拉曼光谱分裂为1360 cm-1的D带和1580 cm-1的G带,且D带与G带的最大强度比, 以及薄膜的表面粗糙度随氮含量的增加而增大.最后讨论了氮含量对ta-C薄膜的微结构的影响.     

在Si(100)上以AlN作过渡层低温外延生长ZnO薄膜

采用脉冲激光沉积(PLD)方法在Si(100)上成功生长了高度c轴取向的AlN薄膜,并以此为衬底,实现了ZnO薄膜的低温准外延生长.通过X射线衍射(XRD)、原子力显微镜(AFM)以及荧光分光光度计表征ZnO薄膜的结构、表面形貌和发光性能.结果表明,ZnO薄膜能在AlN过渡层上沿c轴准外延生长,采用AlN过渡层后,其荧光强度也有大幅提高.     

InAs单晶衬底的表面形貌和化学成分分析

利用原子力显微镜(AFM)、X射线光电子能谱(XPS)和俄歇电子能谱(AES)分别研究了InAs单晶抛光片的表面形貌和化学构成.结果表明:机械化学抛光工艺条件和清洗腐蚀过程对InAs单晶抛光片表面的化学组分构成和表面粗糙度有很大的影响.通常情况下,InAs单晶抛光片的表面氧化层中含有In2O3、As2O5、As2O3及元素As,而随着As的挥发,使抛光片表面化学计量比明显富铟.通过适当的化学处理控制其表面的化学组分,减小了表面粗糙度,从而获得材料外延生长所要求的开盒即用InAs单晶衬底.     

In和过渡金属离子共掺杂对ZnO晶体形貌的影响

采用水热法,KOH作矿化剂,在ZnO前驱物中添加适量的CoCl2·6H2O,FeCl2·4 H2O,NiCl2·6H2O,In2O3,其中Co:In:Zn,Fe:In:Zn,Ni:In:Zn 分别为5:1:100,5:1:100,3:1:100.3 mol/L KOH作矿化剂,温度430 ℃,填充度35;,反应24 h,制备了In和过渡族金属离子共掺的ZnO晶体.结果表明,掺杂In2O3时,所合成的过渡族金属离子掺杂的ZnO晶体均呈现六角片状晶体,晶体形貌规则,表面光滑,直径为5～10 μm.和未掺杂In的晶体相比,掺杂In后,晶体c轴极性生长速度得到明显的控制,a、b轴方向生长速度提高,大面积显露+c{0001}、负极面-c{0001}面,另外还显露正锥面+p{1011}、负锥面-p{101-1-}.     

ZnO压电薄膜的制备与性能表征

采用射频磁控溅射法在硅(100)衬底上制备高质量的ZnO压电薄膜.利用X射线衍射仪(XRD)、原子力显微镜(AFM)、压电响应力显微镜(PFM)等仪器研究了薄膜成分,表面形貌和压电性质.结果表明:实验制备的ZnO薄膜具有很好的压电性质,c轴取向和表面粗糙度对薄膜压电特性有很大影响,高度c轴取向生长和表面粗糙度较小的ZnO薄膜表现出更好的压电性质.     

ZnO晶体研究的统计分析

ZnO晶体是近年来材料科学的研究热点.本文采用科学计量学方法对1997～2005年间发表的ZnO材料相关研究文章进行了分析.目前ZnO研究论文增长迅速,表明该材料其受到很高的关注程度,主要集中在薄膜和纳米两个研究方向.其中,纳米ZnO研究论文增长更快,成为热点中的热点.ZnO体单晶也呈增长趋势,主要集中在水热生长研究.     

ZnO晶体的功能梯度分析

分析n-ZnO薄膜和硼掺杂p型金刚石薄膜在{111}面金刚石衬底上制作n-ZnO/p-金刚石p-n异质结的应用,ZnO体晶微观结构和缺陷分布及电阻、载流子浓度、迁移率分布特征,探讨了应用功能梯度材料理论研究ZnO晶体材料的方法.从而提出应系统地建立ZnO晶体内部组成和结构的梯度分布特性数据库,从不同的应用角度来进行ZnO晶体材料设计和研究.     

C60膜上金刚石的成核与生长形貌研究

本文研究了HFCVD系统中覆盖有C60膜的Si(100)衬底上金刚石的成核与形貌特征.结果表明,C60能大幅度提高金刚石成核密度;C60氢化预处理能大幅度促进金刚石成核,但要合理控制CH4的浓度和预处理时间;随衬底温度的升高,金刚石晶粒由球状变为菜花状聚晶.     

常压混合碱液条件下ZnO单晶生长习性的研究

采用常压混合碱液法,以NaOH、LiOH和H2O的混合碱液作助熔剂,重复生长了无色透明的六方片状、六方柱状和带六方双锥的完整单晶.经X射线衍射确认所生长的晶体均为六方纤锌矿型ZnO.实验表明,生长体系中NaOH与LiOH的物质的量比及ZnO的物质的量分数都对晶体的形貌有明显影响.NaOH与LiOH物质的量比为10:1、ZnO物质的量分数为0.077时,获得ZnO晶体的尺寸、透明度为最佳.     

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.