后退火气氛对磁控溅射制备β-Ga2O3薄膜材料的影响

近年来,宽禁带半导体材料β-Ga2 O3越来越多地受到关注,在材料制备、掺杂、刻蚀等方面都有广泛研究.射频磁控溅射是常用的β-Ga2 O3薄膜制备方法之一,后退火处理往往是提高薄膜质量的关键工艺步骤.本文研究后退火工艺中退火温度和退火气氛对射频磁控溅射在C面蓝宝石基底上制备得到的β-Ga2 O3薄膜材料的影响.X射线衍...     

β-Ga2O3薄膜掺杂工艺及性能研究进展

β-Ga2O3薄膜因其禁带宽度大,稳定性高,生产成本低等优势,被认为是在光电探测器、发光器件等领域非常有前景的材料之一.但β-Ga2O3较低的导电率限制了其在某些领域的应用,通过掺杂技术改进β-Ga2O3薄膜在光学和电学的性能吸引了大量科研者的目光.本文介绍了几种常用的掺杂手段及掺杂对β-Ga2O3薄膜结构和光电特性的影响,并对以后的研究工作进行了展望.     

SiC衬底上β-Ga2O3薄膜生长及p-SiC/n-β-Ga2O3异质结光伏特性

本文采用脉冲激光沉积(PLD)技术在p型4H-SiC衬底上,制备出沿(403)择优生长的β-Ga₂O₃薄膜。结果表明,衬底生长温度对β-Ga₂O₃薄膜的形貌、结构、组分,以及生长机理都有重要影响。当生长温度由300 ℃升高至500 ℃时,薄膜结晶质量随生长温度升高而提高,当温度进一步升高到600 ℃时,薄膜结晶质量变差,这是由于在相对低温(500 ℃以下)阶段,生长温度越高,沉积在衬底上原子的动能越大,越容易迁移,使得β-Ga₂O₃薄膜主要按照二维生长模式进行生长,薄膜结晶质量提高,表现为随着生长温度升高,粗糙度降低。但当温度上升到600 ℃时,由于4H-SiC衬底和β-Ga₂O₃薄膜之间的热膨胀系数存在差异,导致薄膜生长由主要以二维生长模式向三维岛状演变。基于p-4H-SiC/n-β-Ga₂O₃构筑的异质结太阳电池,其标准测试条件下光电转换效率达到3.43%。     

透明导电氧化物β-Ga2O3 单晶生长的研究进展

本文对β-Ga2O3单晶体的研究情况进行了综合,主要介绍了β-Ga2O3单晶体的生长方法:Verneuil法、提拉法和浮区法生长技术,并简单介绍了β-Ga2O3单晶体的光学和电学性质及其在GaN衬底方面的应用.β-Ga2O3单晶体的优异性质使其可以成为新一代的透明导电材料.     

衬底温度对In2S3薄膜结构及其性能的影响

采用超声喷雾热解法,在玻璃基底上一步合成了In2S3薄膜.研究了衬底温度对In2S3薄膜的结构、表面形貌、电学和光学性能影响.结果表明:所制备的In2S3薄膜均具有沿(220)面择优取向生长特性且无其他杂相,衬底温度对薄膜的均匀性、致密度、结晶程度均有明显影响,并因此影响薄膜的光电性能.薄膜的导电件随着衬底温度的升高迅速增强,但足在衬底温度为350℃时有所降低.衬底温度为300℃所制备的薄膜在可见光区透光率最高达到90;以上,禁带宽度达到2.43 eV.     

Si和6H-SiC衬底上β-FeSi2薄膜的制备

以6H-SiC (0001) Si面和Si(100)为衬底,采用磁控溅射Fe-Si合金靶和Si靶两靶共溅射的方法,并经过后续的快速退火成功制备了β-FeSi2薄膜.通过X射线衍射(XRD)、拉曼(RAMAN)和电子扫描电镜(SEM)研究了不同衬底对薄膜生长过程的影响.结果表明:与Si衬底不同,6H-SiC为衬底所生长的FeSix薄膜与衬底之间很难产生相互扩散,导致薄膜中的Si原子主要来源于靶材.同时分析不同退火温度对6H-SiC衬底和Si衬底上的FeSix薄膜的影响,并相比较.结果表明:不同衬底Si(100)和6H-SiC (0001) Si面所生长的薄膜经900℃退火时皆完全转化为多晶β-FeSi2相,其择优取向皆为(220)/(202),且随温度从500℃到900℃的不断上升,(220)/(202)衍射峰的强度增强,半高宽变小,得到900℃下的半高宽为0.33°.     

生长气压对分子束外延β-Ga2O3薄膜特性的影响

本文采用分子束外延技术在具有6°斜切角的c面蓝宝石衬底上外延β-Ga₂O₃薄膜,系统研究了生长气压对薄膜特性的影响。X射线衍射谱和表面形貌分析表明,不同生长气压下所外延的薄膜表面平整,均具有(201)择优取向。并且,其结晶质量和生长速率均随生长气压增大而逐渐提高。通过X射线光电子能谱分析发现,生长气压增大使得氧空位的浓度大幅下降,高价态Ga比例增大,最终使得O/Ga原子数之比接近理想Ga₂O₃材料的化学计量比值。利用Tauc公式和乌尔巴赫带尾模型进行计算,结果表明随着生长气压的增大,样品的光学带隙由4.94 eV增加到5.00 eV,乌尔巴赫能量由0.47 eV下降到0.32 eV,证明了生长气压的增大有利于降低薄膜中的缺陷密度,提高薄膜晶体质量。     

退火温度和β-FeSi2薄膜厚度对n-β-FeSi2/p-Si异质结太阳电池的影响

本文采用室温直流磁控溅射Fe-Si组合靶的方法,并通过后续退火温度的优化得到了单一相高质量的β-FeSi2薄膜.结果表明,在本实验条件下得到的未掺杂的β-FeSi2薄膜在室温下是n型导电的,其电学特性存在一个退火温度的最优点:800 ℃.而且在这个最佳温度点上,在Si(111)衬底上外延得到的薄膜载流子迁移率比在Si(100)上高出了一倍多.在上述研究的基础上,采用p-Si(111)单晶片作为外延生长β-FeSi2薄膜的衬底,并通过退火温度和薄膜厚度的优化制备出了国内第一个n-β-FeSi2/p-Si异质结太阳电池,其Jsc=7.90 mA/cm2 ,Voc=0.21 V,FF=0.23,η=0.38;.     

β-Ga2O3∶Dy3+荧光粉的快速制备及光学性能研究

本文用快速微波水热加煅烧的工艺制备了不同Dy3+掺杂浓度的棒状β-Ga2O3:Dy3+蓝/黄荧光粉.XRD和SEM分析表明Dy3+的掺入使样品的结晶度降低但未对其形貌产生影响.光致发光测试结果表明,β-Ga2O3:DY3+的发射峰位于492nm和580 nm;并且随着Dy3+掺杂量的变化,样品的发射峰强度和蓝光/黄光发射强度比例发生了变化;在Dy3+掺杂量为3mol;时,样品的发射强度达到最大值,蓝光/黄光发射强度比例为59.29;/40.71;.另外,简要分析了GaOOH的生长机理和Dy3+在GaOOH∶Dy3+及β-Ga2O3:Dy3+中的掺杂机理.     

真空退火温度对射频磁控溅射制备非晶In-Ga-Zn-O薄膜性能影响的研究

采用射频磁控溅射技术在室温下玻璃衬底上制备了铟镓锌氧(In-Ga-Zn-O)透明导电薄膜,并对该薄膜进行了真空退火.研究了不同退火温度对In-Ga-Zn-O薄膜结构、电学和光学性能的影响.X射线衍射(XRD)表明,在300℃至500℃退火温度范围内,In-Ga-Zn-O薄膜为非晶结构.随着退火温度的增加,薄膜的电阻率先减小后增大.透射光谱显示退火后In-Ga-Zn-O薄膜在500～ 800 nm可见光区平均透过率超过80;,且在350 nm附近表现出较强的紫外吸收特性.经过退火的薄膜光学禁带宽度随着退火温度的增加先增大后减小,350 ℃最大达到3.91 eV.     

衬底温度对直流磁控溅射法制备掺锆氧化锌透明导电薄膜性能的影响

利用直流磁控溅射法在石英衬底上制备出了高透明导电的掺锆氧化锌(ZnO:Zr)薄膜.研究了衬底温度对ZnO:Zr薄膜结构、形貌及光电性能的影响.XRD表明实验中制备的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.实验所制备ZnO:Zr薄膜的晶化程度和导电性能对衬底温度有很强的依赖性.当衬底温度为300 ℃时, ZnO:Zr薄膜具有最小电阻率7.58×10-4 Ω·cm,其可见光平均透过率超过了91;.     

宽禁带半导体β-Ga2O3单晶的研究进展

本论文综述了宽禁带半导体β-Ga2O3材料的研究进展,包括晶体结构,生长方法,掺杂离子,光学性质和电学性质.β-Ga2O3可以作为GaN基LEDs的潜在衬底,同时它也在MOSFET和紫外光探测器方面有着重要的应用前景.     

β-Ga2O3晶体金刚石线锯切割的表面质量研究

本文探究了往复式金刚石线锯的工艺参数对β-Ga₂O₃单晶沿(001)晶面切片时表面质量的影响,从压痕断裂力学理论角度探究了金刚石线锯切割β-Ga₂O₃单晶过程中磨粒行为和材料去除机理。实验从各向异性角度分析了切割方向对(001)面β-Ga₂O₃单晶切割片表面质量的影响,并采用SEM和SJ-210粗糙度测试仪探究了工艺参数对金刚石线锯切割后的晶片表面质量的影响。实验结果表明,增大锯丝速度或减小材料进给速度都能降低亚表面损伤层深度及表面粗糙度,有效改善晶片表面质量。     

飞秒激光激发的β-Ga2O3粉体的上转换发光研究

采用水热法制备了β-Ga2O3粉体,利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、拉曼光谱和光致发光谱等测试手段对合成样品的结构、形貌和发光性能进行了表征.结果表明:所得样品为单斜晶系的β-Ga2O3粉体;在800 nm飞秒激光下,β-Ga2O3粉体产生上转换发光现象,出现了394 nm,430 nm,448 nm,458 nm,470 nm,476nm,525 nm,552 nm和652 nm上转换发射峰,实现了紫、蓝、绿和红上转换发光.     

生长和退火温度对磁控溅射法制备的ZnO薄膜性能的影响

利用磁控溅射法于500 ℃、550 ℃、600 ℃和650 ℃下在Al2O3(001)衬底上生长ZnO薄.对生长的ZnO薄膜后分别进行了800 ℃退火和1000 ℃退火处理.利用X射线衍射(XRD)、霍尔测试仪和透射谱仪对薄膜的结构、电学和光学性质进行了研究,结果表明合适的生长温度和退火温度能够提高ZnO薄膜的结晶质量和性能.     

衬底温度对Cu2O薄膜结构和性能的影响

采用射频磁控溅射技术在石英衬底上制备了Cu2O薄膜。系统研究了衬底温度对薄膜结构、光学和电学性能的影响。XRD的结果显示,在所有衬底温度条件下均可得到单相的Cu2O结构,而且随着衬底温度由500 K升至800 K,薄膜表现出(111)择优取向的生长特点。电学和光学测试结果表明,室温电导率和光学带隙随着衬底温度的升高而增加,800 K制备的薄膜的带隙值最高约为2.58 eV。     

VTE法制备γ-LiAlO2/α-Al2 O3复合衬底以及腐蚀和退火对其影响

通过气相传输平衡法(VTE)制备了γ-LiAlO2/α-Al2O3复合衬底,使用5;的稀盐酸对其进行腐蚀并在900℃退火72h.利用X射线衍射、偏光显微镜及扫描电镜对复合衬底进行了分析,发现在白宝石a面(11-20)和γ面(1-102)均获得单相多晶的γ-LiAlO2,且后者的择优取向好于前者.腐蚀可以提高样品的择优取向,在5;的稀盐酸中,时间控制在2min左右可获得较好的结果.退火后γ-LiAlO2颗粒质量得到改善,白宝石a面上γ-LiAlO2的质量优于r面上的γ-LiAlO2,两者都出现颗粒长大现象.     

沉积温度对磁控溅射BiFeO3薄膜结构和性能的影响

应用磁控溅射法在以SrRuO3 (SRO)薄膜为缓冲层的Pt/TiO2/SiO2/Si(001)基片上制备了多晶BiFeO3 (BFO)薄膜,构架了SRO/BFO/SRO异质结电容器.采用X射线衍射、铁电测试仪等研究沉积温度对BFO薄膜结构和性能的影响.X射线衍射图谱显示BFO薄膜为多晶结构.在2.5 kHz测试频率下,500℃生长的BFO薄膜呈现比较饱和的电滞回线,2Pr为145μC/cm2,矫顽场Ec为158 kV/cm,漏电流密度约为2.4×104 A/cm2.漏电机制研究表明,在低电场区,SRO/BFO/SRO电容器满足欧姆导电机制,在高电场区,满足普尔-弗兰克导电机理.实验发现:SRO/BFO/SRO电容器经过109翻转后仍具有良好的抗疲劳特性.     

衬底温度对磁控溅射法制备掺Ta氧化锌薄膜性能的影响

采用射频磁控溅射法,在不同的衬底温度下制备了钽(Ta)掺杂的氧化锌(ZnO)薄膜,采用X射线能谱(EDS)、X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、紫外-可见分光光度计和光致发光(PL)光谱研究了衬底温度对制备的Ta掺杂ZnO薄膜的组分、微观结构、形貌和光学特性的影响.EDS的检测结果表明,Ta元素成功掺入到了ZnO薄膜;XRD图谱表明,掺入的Ta杂质是替代式杂质,没有破坏ZnO的六方晶格结构,随着衬底温度的升高,(002)衍射峰的强度先增大后降低,在400℃时达到最大;SEM测试表明当衬底温度较高时(400℃和500℃),Ta掺杂ZnO薄膜的晶粒明显变大;紫外-可见透过光谱显示,在可见光范围,Ta掺杂ZnO薄膜的平均透光率均高于80;,衬底不加热时制备的Ta掺杂ZnO的透光率最高;制备的Ta掺杂ZnO薄膜的禁带宽度范围为3.34~3.37eV,衬底温度为500℃时制备的Ta掺杂ZnO薄膜的禁带宽度最小,为3.34eV.PL光谱表明衬底温度为500℃时制备的Ta掺杂ZnO薄膜中缺陷较多,这也是造成薄膜禁带宽度变小的原因.     

光学浮区法生长Si∶β-Ga2O3单晶及其光谱研究

采用浮区法生长了质量较好的Si∶β-Ga2O3单晶,直径约为8mm,长度约为2 cm.进行了X射线粉末衍射和X射线荧光分析,结果表明所得Si∶β-Ga2O3单晶属于单斜晶系,而且Si确实进入了β-Ga2O3格位中;在室温下测试了Si∶β-Ga2O3吸收光谱,吸收截止边约为255 nm,并分析了退火对吸收截止边的影响;测试了荧光发射谱,研究了不同激发波长对其紫外及紫色波段发光的影响.