螺旋波等离子体化学气相沉积法制备纳米碳化硅薄膜

采用螺旋波等离子体化学气相沉积 (HWP-CVD)技术在Si(100)和石英衬底上合成了具有纳米结构的碳化硅薄膜.通过X射线衍射(XRD)、傅立叶红外透射(FTIR)和原子力显微镜(AFM)等技术对所制备薄膜的结构、组分和形貌进行了分析,利用光致发光技术研究了样品的发光特性.分析表明,在700℃的衬底温度和1.33Pa的气压条件下所制备纳米SiC薄膜的平均颗粒度在3nm以下,红外透射谱主要表现为Si-C吸收.结果说明HWP-CVD为制备高质量纳米SiC薄膜的有效技术,所制备样品呈现出室温短波长可见发光特性,发光谱主峰位于395nm附近.     

溅射压强对W掺杂ZnO薄膜结构及光学性能的影响

在不同溅射压强下,通过射频(RF)磁控溅射在石英玻璃衬底上沉积得到W掺杂ZnO薄膜(WZO).对样品的结晶性能,表面形貌和光学性能进行测试分析,结果表明:在适当溅射压强下,薄膜具有良好的结晶性和光学性能.随着溅射压强的增加,薄膜的结晶性先变好后变差,晶粒尺寸先增大后减小,在1.0 Pa时薄膜的结晶性最好,且晶粒尺寸最大,约为32 nm;所有WZO薄膜样品的平均透光率超过80;;光致发光主要由本征发光和缺陷引起的蓝光发光组成,在1.0Pa时薄膜还有明显的Zn;缺陷,在1.2Pa时薄膜有明显的Oi缺陷.     

电沉积Co掺杂ZnO薄膜的光致发光及磁性研究

在ITO衬底上电沉积了Co掺杂ZnO薄膜.X射线粉末衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)结果表明Co掺杂并没有改变ZnO的六角纤锌矿结构,但可以在一定程度上改变晶体的形貌.室温光致发光光谱(PL)结果表明Co掺杂导致薄膜的带隙变窄.磁性测试结果表明,10; Co掺杂样品室温下呈现顺磁性,而5;Co掺杂样品在室温下呈现铁磁性,我们认为其铁磁性是由Co掺杂引起的缺陷导致的.     

金刚石的射频喷射等离子体化学气相沉积及其Ni-N掺杂的研究

对自行设计的RF喷射等离子体增强化学气相沉积系统(RF plasma jet CVD)进行了电子温度和电子密度的模拟计算分析.在优化的参数下进行了金刚石膜体的制备,并应用光发射谱技术(OES)在线分析了等离子体的成分.通过Raman、XRD和SEM分析了沉积样品的成分、晶体结构和形貌.通过在反应气体中加入NH3,并利用载气技术将含有Ni元素的金属有机物引入到沉积区,进行了Ni、N共掺杂沉积.利用XPS以及PL谱分析了掺杂样品的化学价键和光致发光特性,结果发现Ni-N价键的存在以及在800 nm附近的光发射峰.     

原子层沉积Sn掺杂ZnO薄膜结构及光电性能的研究

采用原子层沉积方法以臭氧为氧源,分别在Si和K-9玻璃衬底沉积Sn掺杂ZnO薄膜.系统研究了Sn掺杂浓度对ZnO薄膜成分、晶体结构及光电性能的影响.XRD分析表明:所制备SnZO薄膜具有垂直于衬底表面的c轴择优取向.XPS分析表明:在ZnO中掺杂离子以Sn4+形式存在.Hall分析表明Sn是一种有效的施主掺杂元素,其通过置换Zn2+位置释放导电电子.当Sn掺杂浓度为1.8at;时,Hall测试表明ZnO薄膜具有最低电阻率为9.5×10-4Ω·cm,载流子浓度达到最高值为3.2×1020 cm-3,进一步增加Sn浓度使得ZnO薄膜电学性能变差.SnZO薄膜在可见光区域的光透过率超过85;,光学带隙值由未掺杂ZnO的3.26 eV增加到5.7at; Sn掺杂时3.54 eV.     

C和F掺杂p型ZnO的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法对C/F单掺杂ZnO和C-F共掺杂ZnO的O位体系进行了研究,讨论了掺杂体系的稳定性、电子结构和电学性质、光学性质.研究结果表明C和F共掺的形成能比C单掺的形成能小很多,即C和F共掺增加了体系的稳定性;计算获得的电导率之比分别为σC-ZnO/σZnO=9.45,σF-ZnO/σZnO=6.78,σC-F-ZnO/σZnO=19.62,显然,C和F共掺杂对ZnO体系的电导率增强效果最明显;载流子迁移率之比μC-ZnO/μZnO=1.67,μF-ZnO/μZnO =2.31,μC-F-ZnO/μZnO=2.50,说明C和F共掺增加了载流子迁移率.综合电导率和载流子迁移率二者结果,可认为C和F共掺极大地提高了ZnO的导电性.ZnO掺杂体系在可见光波长范围内透射率大于95;,具有良好的透光性.计算结果为实验上制备p型透明导电ZnO材料提供了理论指导.     

基于温和氧等离子体实现硫化钼P型掺杂的研究

采用一种处于电容放电模式(E-mode)的温和氧气电容耦合等离子体技术对薄层MoS2进行处理,实现了P型掺杂.通过光学显微镜、拉曼光谱、X射线光电子能谱和场效应晶体管的转移曲线测试,对MoS2的掺杂机理进行了分析,发现温和氧气等离子体处理过程中氧和钼能形成Mo-O键,从而提供额外的空穴使其电子浓度下降,最终导致其开启电压变高、输出电流下降,同时氧气的化学吸附诱导在MoS2层中引入了P型掺杂.此研究为实现MoS2的P型掺杂提供了新途径.     

Sn-Al共掺杂ZnO薄膜的制备及其光电性能

采用溶胶凝胶法在普通载玻片上制备了Sn-Al共掺杂ZnO薄膜(ZASO薄膜).利用XRD、扫描电子显微镜、霍尔测试仪、双电测四探针测试仪和紫外-可见分光光度计等设备,研究了Sn-Al掺杂浓度、预烧温度对氧化锌薄膜的晶体结构和光电性能的影响.结果表明:预烧温度为500℃,Sn、Al掺杂浓度分别为1.0at;时,得到的ZASO薄膜的综合光电性能最好,晶粒尺寸较大,方块电阻可达3.3 kΩ/□,光学透过率达92.9;.     

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.     

Mg掺杂对ZnO薄膜结构与磁性的影响

采用脉冲激光沉积(PLD)方法在单晶Si(100)衬底上制备Zn1-xMgxO薄膜,研究了退火温度和氧压对Zn1-xMgxO薄膜的结构和磁性的影响.结果表明,Mg掺入量影响ZnO结构相变,当x≥0.25时,Zn1-xMgxO薄膜由六角纤锌矿结构变为立方结构,同时磁性增强.随着氧压的增大和后续退火温度的升高,都会使饱和磁化强度(Ms)呈先增大后减小的趋势.分析表明磁性的变化都与样品中的表面缺陷浓度有关.     

磷扩散法制备P型ZnO薄膜

应用射频反应磁控溅射的方法,将ZnO薄膜沉积于高磷掺杂的n+型Si衬底上.在沉积和后退火过程中,磷向ZnO薄膜扩散并被激活,使ZnO薄膜由n型转化为p型,从而形成p型ZnO薄膜.X射线衍射分析(XRD)证明了所制备的ZnO薄膜都是高c轴取向的六角纤锌矿结构的薄膜.电学I-V关系曲线的整流特性和空穴浓度≥1.78×1018 /cm3的霍耳效应测试结果证明了p型ZnO薄膜的形成.     

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).     

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.     

本征缺陷对Ag掺杂ZnO的影响

采用基于密度泛函理论的第一性原理赝势法对Ag掺杂ZnO体系中Ag缺陷和本征缺陷复合体的几何结构、形成能和电子结构进行了比较研究.研究表明,Ag代替Zn位(AgZn)可以在ZnO中形成受主能级.同时,研究发现, Zni-AgZn和Oi-AgZn的形成能较小,存在的可能性较大.其中,Zni-AgZn 呈现明显的n型导电特性,而Oi-AgZn具有p型导电的趋势.因此Oi-AgZn有利于p型ZnO的形成.     

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.     

高硼硅玻璃薄膜的磁控溅射沉积及性能研究

本文采用射频磁控溅射法,以高硼硅玻璃为靶材,在高硼硅玻璃基底上制备高硼硅玻璃薄膜。探讨磁控溅射法与熔融法制得的高硼硅玻璃的性能差异,研究磁控溅射功率对高硼硅玻璃薄膜质量的影响。通过X射线衍射仪(XRD)、傅里叶红外光谱仪(FT-IR)、X射线光电子能谱仪(XPS)、扫描电镜(SEM)、台阶仪、紫外可见(UV-Vis)分光光度计和纳米压痕仪器等对薄膜的物相结构、成分、沉积速率、透光率,以及纳米硬度和杨氏模量进行表征与分析。结果表明:本实验所制备的高硼硅玻璃薄膜为非晶态结构;当工作气压为0.6 Pa时,薄膜的沉积速率随溅射功率上升不断增加;对比不同溅射功率下的透光率,发现高硼硅玻璃薄膜对基体的透光性影响较小,当溅射功率为150 W,可见光透光率损失仅为2%;不同溅射功率下获得薄膜的纳米硬度和杨氏模量随溅射功率先增大后减小,在120 W时达到最大峰值,相较于原玻璃基底分别提升3%和3.5%。     

p型Cu2O 半导体薄膜的电化学沉积研究

以透明导电玻璃(ITO)和铜片为工作电极,用简单铜盐通过阴极还原制备了Cu2O 薄膜.采用X射线衍射(XRD) 和扫描电镜(SEM)研究了反应温度、pH值和电流密度对Cu2O 薄膜的微观结构和表面形貌的影响,并对薄膜的生长机理进行了讨论.结果表明:溶液的温度对Cu2O晶体的微观结构无显著影响,而溶液的pH值对Cu2O 的生长取向影响明显.在双电极的作用下,电沉积Cu2O薄膜的工作电流可以达到6 mA·cm-2,远远高于文献报导在三电极体系下低于1 mA·cm-2的工作电流密度.     

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.     

低温磁控溅射法制备氧化锌薄膜的光学性能研究

采用射频磁控溅射法,在较低的衬底温度(100℃)下,改变溅射时间,制备了一组氧化锌(ZnO)薄膜.采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)、X射线能谱仪(EDS)、傅里叶红外光谱(FTIR)、拉曼光谱和紫外-可见分光光度计对制备的ZnO薄膜的微观结构、形貌和光学特性进行了研究.XRD图谱表明,制备的ZnO薄膜具有良好的结晶性和c轴择优取向,随着溅射时间的增加,(002)衍射峰的强度先增大后降低,溅射时间为40 min时,(002)衍射峰的强度达到最大,衍射峰半高宽最小;AFM测试表明制备的ZnO薄膜表面呈现球状颗粒,随着溅射时间的延长,薄膜的颗粒尺寸和表面均方根粗糙度均逐渐变大;EDS结果显示溅射时间较长(40 min和60 min)的ZnO薄膜,O和Zn的原子比更接近1:1.FTIR光谱中,发现位于408 cm-1附近的ZnO的E1(TO)声学模式和位于380 cm-1处的A1(TO)模式;拉曼光谱中,观测到了分别位于99 cm-1和438 cm-1处的ZnO的E2(Low)和E2(high)模式拉曼特征峰;紫外-可见透过光谱显示,在可见光范围,ZnO薄膜具有高的透光率,平均透光率高于90;,ZnO薄膜的光学禁带宽度范围为3.27～3.28 eV,溅射时间为40 min时,ZnO薄膜的光学禁带宽度最接近单晶ZnO的.     

p-ZnO薄膜及其异质结的光电性质

采用射频磁控溅射法,在不同的Ar∶O2条件下,以高掺磷n型Si衬底为磷掺杂源制备了p型ZnO薄膜和p-ZnO/n-Si异质结.对ZnO∶P薄膜进行了光致发光谱(PL)、霍尔参数、Ⅰ-Ⅴ特性、扫描电镜(SEM)和X射线衍射谱(XRD)等测试.结果表明,获得的ZnO∶P薄膜沿(0002)晶面高取向生长,以3.33 eV近带边紫外发光为主,伴有2.69 eV附近的深能级绿色发光峰,空穴浓度为8.982 × 1017/cm3,空穴迁移率为9.595 cm2/V·s,p-ZnO/n-Si异质结I-V整流特性明显,表明ZnO∶P薄膜具有p型导电特性.