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.     

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.     

Al2O3衬底上生长ZnO薄膜的结构和光学特性

用脉冲激光沉积法在Al2O3(0001)衬底上沉积了ZnO薄膜.衬底温度分别为300℃、400℃、500℃、600℃和700℃.利用X射线衍射(XRD)和光致发光谱(PL)对薄膜的结构和光学性能进行研究.X射线衍射的结果表明在不同温度下生长的ZnO薄膜均具有高度c轴择优取向,衬底温度400℃时,膜的应力较小质量较高.ZnO薄膜有很强的紫外发光峰,紫外发光峰的强度与衬底温度密切相关,并发现当衬底温度从300℃增到400℃时,紫外发射峰出现6nm的蓝移.     

利用直流磁控溅射法在柔性衬底上制备ZnO: Zr新型透明导电薄膜

室温下利用直流磁控溅射法在有ZnO缓冲层的柔性衬底 PET上制备出了可见光透过率高、电阻率低的掺锆氧化锌(ZnO: Zr)透明导电薄膜,研究了厚度对ZnO: Zr薄膜结构及光电性能的影响.结果表明,ZnO: Zr薄膜为六方纤锌矿结构的多晶薄膜.实验获得ZnO: Zr薄膜的最小电阻率为2.4×10-3 Ω·cm,其霍尔迁移率为18.9 cm2·V-1·s-1 ,载流子浓度为2.3×1020 cm-3.实验制备的ZnO: Zr薄膜具有良好的附着性能,其可见光平均透过率超过92;.     

生长温度对L-MBE法制备的ZnO薄膜性能的影响

在蓝宝石C面上利用激光分子束外延(L-MBE)的方法,分别在250℃、300℃、350℃、400℃和450℃生长了高度C轴取向的ZnO薄膜.并进行了X射线衍射(XRD)、光致发光(PL)谱的分析.测试结果表明,较低温度时,随着生长温度的升高,薄膜的结晶及发光性能得到提高;但是当温度进一步升高,却有所变差.说明利用L-MBE系统制备ZnO薄膜存在一合适的温度范围,并对此机理进行了深入分析.     

衬底温度对直流反应磁控溅射法制备的N掺杂p型ZnO薄膜性能的影响

利用直流反应磁控溅射法(纯金属锌作为靶材,Ar-N2-O2混合气体作为溅射气体)在石英玻璃衬底上制备了N掺杂p型ZnO薄膜.通过XRD、Hall和紫外可见透射谱分别研究了衬底温度对ZnO薄膜结构性能、电学性能和光学性能的影响.XRD结果显示所有制备的薄膜都具有垂直于衬底的c轴择优取向,并且随着衬底温度的增加,薄膜的晶体质量得到了提高.Hall测试表明衬底温度对p型ZnO薄膜的电阻率具有较大影响,400℃下生长的p型ZnO薄膜由于具有较高的迁移率(1.32 cm2/Vs)和载流子浓度(5.58×1017cm-3),因此表现出了最小的电阻率(8.44Ω·cm).     

纳米Ge薄膜的制备及光致发光特性研究

采用直流磁控溅射技术在不同生长温度制备了一系列的Ge薄膜.应用拉曼散射、X射线衍射、光致发光等技术表征薄膜的结构.结果表明:Ge薄膜的结晶温度约为380℃,并且随着生长温度的升高,Ge的结晶性变好,晶粒长大;对不同尺寸Ge薄膜的光致发光研究表明:随着纳米Ge晶粒尺寸的减小,光致发光峰的相对强度逐渐增强,且发光峰位发生蓝移.用有效质量近似模型讨论了量子尺寸效应和介电限域效应对纳米Ge颗粒发光特性的影响.     

SiCN薄膜在Si衬底上的沉积

本文采用微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)系统,在单晶Si衬底上制备出了SiCN薄膜.所采用的源气体为高纯CH4和N2,而Si源来自于Si衬底、SiH4和Si棒.用场发射扫描电镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)和X射线衍射谱(XRD)对样品进行了表征与分析.结果表明,外加Si源、高的衬底温度、高流量N2有助于提高样品的成膜质量.所得到SiCN样品是新型的六方结构三元化合物.     

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.     

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.     

直流反应磁控溅射法制备ZnO: Zr透明导电薄膜

以Zn∶ Zr为靶材,利用直流反应磁控溅射法制备了ZnO∶ Zr透明导电薄薄膜.研究了沉积压强对ZnO∶ Zr薄膜形貌、结构、光学及电学性能的影响.实验结果表明所制备的ZnO∶ Zr为六方纤锌矿结构的多晶薄膜,具有垂直于衬底方向的c轴择优取向.沉积压强对ZnO∶ Zr薄膜的晶化程度、形貌、生长速率和电阻率影响很大,而对其光学性能如透光率、光学带隙及折射率影响不大.当沉积压强为2Pa时,ZnO∶ Zr薄膜的电阻率达到最小值2.0×10-3Ω ·cm,其可见光平均透过率和平均折射率分别为83.2％和1.97.     

射频反应磁控溅射制备ZnO薄膜的微结构及其光学性能

采用射频反应磁控溅射技术在石英和Si衬底上制备了高度c轴择优取向的ZnO薄膜,样品的氧氩流量比分别为10:40,20:40,30:40,40:40.利用X射线衍射仪、表面轮廓仪、原子力显微镜和紫外-可见分光光度计研究了样品的微结构与光学特性.研究表明:氧氩流量比为30:40的样品结晶质量最好.所制备的ZnO薄膜的可见光平均透射率均大于87;.随着氧氩流量比的增大,薄膜的透射率呈非单调变化,氧氩流量比为30:40的样品在可见光范围的平均透射率可达93;.光学带隙随着氧氩流量比的增大,先增大后减小.与块材ZnO的带隙(3.37 eV)相比,ZnO薄膜的带隙均变窄.     

Eu3+,Tb3+掺杂对RF磁控溅射ZnO薄膜结构的影响

利用RF磁控溅射技术,不同条件下在不同衬底上制备了纯ZnO及Eu3+,Tb3+共掺ZnO薄膜.研究了薄膜的衬底、沉积时间和衬底温度对ZnO薄膜结构及形貌的影响.使用X射线衍射仪(XRD)对样品的结构进行了表征,结果表明:玻璃和石英衬底上的薄膜分别在300℃、镀膜0.5h和常温下、镀膜lh时薄膜具有良好的c轴择优取向,单品质量较好;而硅衬底上的薄膜在300℃、镀膜lh时具有良好的(103)轴择优取向,单品质量略有降低.     

磷扩散法制备高掺磷p型ZnO薄膜的磁控溅射工艺的探索

在前期通过n+-Si衬底中的磷向沉积于其上面的ZnO薄膜的扩散制备高掺磷p型ZnO薄膜的研究基础上,探索了较有普遍应用意义的扩散法制备p型ZnO薄膜的磁控溅射工艺.结果表明,当磁控溅射的氧氩质量流量比与衬底温度满足特定的低阶指数函数的匹配关系时,所制备的ZnO薄膜为p型,而且薄膜中磷原子的深度分布是均匀的;另外,这种薄膜的厚度随着氧氩流量比的增加而减小,而薄膜中氧锌原子浓度比都大于1,比值大小与氧氩质量流量比和衬底温度有关.     

Zn1-x MgxS薄膜的磁控溅射制备及其性能研究

利用双靶磁控溅射法,在普通石英玻璃基底上成功制备出II-VI族化合物固溶体半导体Zn1-xMgxS多晶薄膜,并用X射线能量色散谱仪(EDS)、原子力显微镜(AFM)、X射线衍射仪(XRD)、紫外-可见(UV-V is)分光光度计、荧光分光光度计(PL)等测试手段表征了多晶薄膜的成份、表面形貌、晶体结构和光学性质。结果表明:磁控溅射法制备的Zn1-xMgxS多晶薄膜具有立方和六方相混晶相结构,晶粒生长均匀,薄膜在波长小于280nm的紫外区有强烈的吸收,在可见光区紫光范围有一个强的发光峰,而且随着Mg含量的增加,强度增加,吸收边和发光峰的蓝移也增加。蓝移说明了带隙的展宽,其禁带宽度大约从3.6 eV增至4.4 eV。较高的结晶质量和发光特性显示了它是一种制作短波光电器件和紫外探测器的理想材料。