B掺杂对平面结构MOCVD-ZnO薄膜性能的影响

本文研究了B2H6掺杂流量(B掺杂)对平面结构MOCVD-ZnO薄膜的微观结构和光电性能影响.XRD、SEM和AFM测试的研究结果表明,玻璃衬底上制备的ZnO薄膜具有(002)峰择优取向的平面结构,B掺杂使薄膜的球状晶粒尺寸变小,10 sccm流量时晶粒尺寸为～15 nm.ZnO:B薄膜的最小电阻率为5.7×10-3Ω·cm.生长的ZnO薄膜(厚度d=1150 nm)在400～900 nm范围的透过率为82;～97;,且随着B2H6掺杂流量增大,光学吸收边呈现蓝移(即光学带隙Eg展宽)现象.     

铌酸锂晶体的光折变效应

铌酸锂(LiNbO₃, LN)是一种多功能多用途的人工晶体,被称为“光学硅”。近期以铌酸锂薄膜(LNOI)为平台的集成光子学发展迅速,有将“光学硅”变为现实的趋势。高集成意味着高局域高光强密度,使铌酸锂晶体的光折变效应变得不容忽视。光折变效应是光致折射率变化的简称,是非线性光学的重要组成部分。本文回顾了铌酸锂晶体光折变效应的发现和机理、不同掺杂及掺杂组合对光折变效应的调控,重点介绍了铋镁双掺铌酸锂晶体的光折变性能及相关理论和实验结果,概述了铌酸锂光折变波导和孤子,及基于LNOI的集成光子学器件中的光折变效应,并对未来的研究趋势进行了展望。期待我国发挥铌酸锂光折变研究及LNOI产业化的优势,在光子学芯片的竞争中占据主导地位。     

溶胶-凝胶法制备Mg掺杂ZnO薄膜的微结构与光学性质

采用溶胶-凝胶技术在Si(111)和石英玻璃衬底上制备了Mg掺杂ZnO薄膜.用X射线衍射仪(XRD)、原子力显微镜(AFM)、扫描电镜(SEM)和紫外-可见(UV-Vis)分光光度计测试薄膜的微结构、表面形貌和光学性质.结果表明:所得Mg掺杂ZnO薄膜仍为六角纤锌矿型结构,呈c轴方向择优生长,随着退火温度升高,薄膜的晶格常数c由0.5288 nm减小到0.5278 nm,粗糙度从3.8 nm增大到6.5 nm,光学带隙由3.26 eV增大到3.31 eV.     

Cr∶LiNbO_3及Cr,Fe∶LiNbO_3晶体热释电系数提高的研究

生长了掺杂量分别为0.2mol%、0.5mol%的掺铬同成分配比铌酸锂晶体和掺铬0.2mol%、铁0.04mol%的双掺同成分配比铌酸锂晶体。利用动态电流法测试了它们的热释电系数。在同样的测试条件下,与未掺杂的同成分铌酸锂晶体相比较,掺铬铌酸锂(Cr∶LiNbO3)晶体和铬、铁双掺铌酸锂(Cr,Fe∶LiNbO3)晶体的热释电系数明显提高。同时对掺杂提高晶体热释电系数的机理进行了探讨。     

名义纯及掺杂铌酸锂晶体内偏置场的实验研究

铌酸锂晶体的内偏置场对铁电应用、电光应用和非线性光学应用等均有直接影响。本工作建立了铌酸锂(LN)晶体内偏置场测试方法,对同成分铌酸锂(CLN)晶体、近化学计量比铌酸锂(nSLN)晶体、掺杂铌酸锂(doped LN)晶体的内偏置场和矫顽场进行测量。结果表明,CLN晶体内偏置场最高(E_int=2.53 kV/mm),nSLN晶体的内偏置场大幅降低,其中富锂熔体法生长和气相输运平衡(vapor transport equilibration, VTE)法结合得到的nSLN晶体的内偏置场最小,与CLN晶体相比降低了约两个数量级;掺杂铌酸锂晶体的内偏置场与CLN晶体相比也普遍降低,其中掺6.5%(摩尔分数)Mg的CLN晶体的内偏置场约为CLN晶体的四分之一,掺7%(摩尔分数)Zn的CLN晶体的内偏置场约为CLN晶体的六分之一。最后对组分和掺杂影响内偏置场的因素进行了简要分析。     

掺氮铌酸锂薄膜的制备及基本物性研究

采用激光脉冲沉积与射频等离子体相结合的方法(PLD-RF),在蓝宝石衬底上一步沉积了掺氮铌酸锂(LiNbO3:N)薄膜.采用X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱仪(XPS)和紫外-可见-红外光谱仪(UV-Vis-NIR)对LiNbO3:N的晶格结构、掺杂含量及价态、光学性质进行了研究.结果表明铌酸锂薄膜沿(006)方向择优生长,其中氮的原子含量为2.04;,替代氧原子的位置,N的掺入有效的窄化了LiNbO3的带隙,使其紫外-可见吸收光谱的吸收边出现红移,并且在铌酸锂禁带中引入了杂质能级(Ev),能级深度为2.7 eV.     

Eu、Mg共掺ZnO薄膜的微观结构与光致发光性能研究

采用射频磁控溅射技术,以不同Eu、Mg掺杂比的ZnO/MgO/Eu2O3陶瓷靶材,制备了Eu、Mg共掺的ZnO薄膜(ZMEO).通过X射线衍射(XRD)、Raman散射及光致发光(PL)技术研究了Eu、Mg掺杂比对ZMEO薄膜微观结构和光致发光性能的影响.结果表明:所制备的ZMEO薄膜皆为六角纤锌矿型结构.适当的Eu、Mg掺杂比不但有利于ZnO晶粒的生长,而且可以引入缺陷俘获导带电子,促进ZnO和Eu3+之间的能量传递,使Eu3+的红光发射强度获得提升.     

超声喷雾热解法制备不同掺杂浓度ZnO∶Eu薄膜

以醋酸锌,氯化铕的混合水溶液为前驱体,采用超声喷雾热解法在ITO导电玻璃衬底上制备了掺杂不同Eu浓度的ZnO∶Eu薄膜。通过扫描电镜(SEM),X射线衍射(XRD)和光致发光(PL)谱对ZnO∶Eu薄膜的形貌,结构和光学性质进行了研究。通过对比掺杂不同Eu浓度的ZnO∶Eu薄膜的结构和光学性能,可知在掺杂浓度为6mol%时薄膜的性能最好。SEM照片表明制备的ZnO∶Eu薄膜为致密的纳米颗粒薄膜,ZnO∶Eu晶粒尺寸大约在200～250 nm。XRD图谱表明当掺杂浓度为6mol%时,ZnO∶Eu薄膜具有很好的六角纤锌矿结构,且在2θ=50.47°处出现Eu2O3的衍射峰。激发光谱测试表明ZnO∶Eu薄膜在280 nm,373 nm,393 nm处有较强的紫外吸收。当用280 nm激发光激发时ZnO∶Eu薄膜在613 nm处具有较强的红光发射。     

系列铌酸锂晶体在电光调Q激光系统中的激光损伤性能研究

搭建了一套1064 nm波段的电光调Q激光系统,并对其能量、脉宽、光斑质量等进行了表征.在该激光系统环境中分别测试了扩散法制备的掺杂1 mol;氧化镁的近化学计量比铌酸锂(Mg1 SLN)晶体、名义纯同成分铌酸锂晶体(CLN)及掺杂5mol; MgO的铌酸锂(Mg5LN)晶体的激光损伤性能.结果 表明,在该调Q激光工作环境下,当波长1064 nm;脉宽为9.8 ns、频率为1 Hz时,Mg1 SLN晶体、Mg5 LN晶体和CLN晶体多个测试点发生激光损伤时对应的功率密度的平均值分别为1141 MW/cm2、874 MW/cm2和651 MW/cm2.     

ZnO∶Fe薄膜的光催化活性研究

以二水合乙酸锌、无水乙醇、二乙醇胺为主要原料,采用溶胶-凝胶法在玻璃基片上沉积制备出了不同Fe掺杂浓度的ZnO薄膜。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和紫外-可见分光光度仪(UV-Vis)等对样品的结构和形貌等进行了测试和表征,并研究了不同掺杂浓度的ZnO∶Fe薄膜对亚甲基蓝降解率的影响。结果表明:所制得的ZnO∶Fe薄膜致密、均匀。ZnO∶Fe薄膜的光催化活性优于未掺杂的ZnO薄膜。Fe最佳掺杂浓度为1.5mol%,这时所形成的光催化剂经150min光照后对亚甲基蓝的光催化降解率达到93%,比纯ZnO薄膜的光降解率提高了42%。     

射频磁控溅射氧气流量对制备的Ga2O3∶Cr薄膜光致发光性能的影响

在不同氧气流量下,采用双靶射频磁控共溅射的方法在蓝宝石(α-Al₂O₃)基底上制备得到系列掺Cr的Ga₂O₃(Ga₂O₃∶Cr)薄膜,详细研究了薄膜在900 ℃退火前后的结构和光学性能。结果表明,未退火的Ga₂O₃∶Cr薄膜为非晶结构,其发光主要位于蓝绿波段。经900 ℃退火后,薄膜的结构由非晶变为多晶,且在近红外波段观测到了来源于Cr³⁺掺杂的发光。退火后的薄膜结晶质量和近红外发光均与氧气流量密切相关,而其光学带隙不受氧气流量的影响。在所研究的氧气流量范围,4 mL/min氧气流量下薄膜的近红外发光强度最强,这与此条件下薄膜结晶质量较好以及Cr³⁺替代Ga³⁺的数量较多有关。以上研究成果可为制备高质量Ga₂O₃∶Cr薄膜提供参考。     

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...     

溶胶-凝胶法制备高Mg含量Zn1-x MgxO薄膜

采用溶胶-凝胶法在石英玻璃基板上制备了ZB1-xMgxO薄膜,研究退火温度对高Mg含量Zn0.5Mg0.5O薄膜的相组成、相偏析及紫外-可见透过光谱中吸收边移动的影响,当退火温度≤500℃时,Zn0.5Mg0.5O薄膜未发生相偏析现象,且400℃退火处理制备的Zn0.5Mg0.5O薄膜的紫外-可见透过光谱中吸收边蓝移最大.因此,对于高Mg含量Zn0.5Mg0.5O薄膜,退火温度是影响Mg2+在ZnO中固溶度的关键因素,且400℃是其理想的退火温度.在此条件下研究了不同Mg含量对Zn1-xMgO(x=0～0.8)薄膜带隙调节的影响,随着Mg含量的增加,其紫外-可见透过光谱中紫外光区吸收边呈现规律性蓝移,光学带隙值Eg从纯ZnO的3.3 eV调节至4.2 eV.     

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.     

Correlation between interfacial structure and c-axis-orientation of LiNbO3 films grown on Si and SiO2 by electron cyclotron resonance plasma sputtering

Thin films of crystalline lithium niobate (LN) grown on Si(1 0 0) and SiO₂ substrates by electron cyclotron resonance plasma sputtering exhibit distinct interfacial structures that strongly affect the orientation of respective films. Growth at 460–600 °C on the Si(1 0 0) surface produced columnar domains of LiNbO₃ with well-oriented c-axes, i.e., normal to the surface. When the SiO₂ substrate was similarly exposed to plasma at temperatures above 500 °C, however, increased diffusion of Li and Nb atoms into the SiO₂ film was seen and this led to an LN–SiO₂ alloy interface in which crystal-axis orientations were randomized. This problem was solved by solid-phase crystallization of the deposited film of amorphous LN; the degree of c-axis orientation was then immune to the choice of substrate material.     

CuInS2量子点敏化ZnO基光阳极的制备与性能研究

采用两步法在导电玻璃(FTO)基板上制备纯氧化锌(ZnO)纳米棒和钇掺杂的氧化锌(ZnO∶Y)纳米棒,采用连续离子层吸附反应法(SILAR)在所制备的ZnO及ZnO∶Y纳米棒上沉积CuInS₂量子点制备ZnO/CuInS₂和ZnO∶Y/CuInS₂光阳极。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、电子探针能谱仪(EDS)、紫外-可见分光光度计(UV-Vis)、电流密度-电压(J-V)曲线等技术手段对不同光阳极样品的晶相结构、微观形貌、化学组成、光吸收性能和太阳电池性能进行了表征。实验结果表明:所制备的ZnO纳米棒和ZnO∶Y纳米棒为六方纤锌矿结构。CuInS₂量子点敏化的ZnO纳米棒薄膜的光学带隙从3.22 eV减小为2.98 eV。CuInS₂量子点敏化ZnO∶Y太阳能电池的短路电流密度和光电转换效率比未掺杂的ZnO纳米棒组装的太阳能电池分别提高了6.5%和50.4%。     

基底加热温度对ITO薄膜的性能影响研究

氧化铟锡(ITO)薄膜被广泛用作光电器件中的透明导电电极,其透光率、导电性、表面粗糙度、与基底的功函数匹配及其电流传输特性都会对光电器件的性能造成影响。本文采用射频(RF)磁控溅射方法制备ITO薄膜,系统研究了基底加热温度对其各方面性能的影响,并确认了最佳基底温度。实验采用锡掺氧化铟陶瓷为靶材,组分摩尔比为m(In₂O₃)∶m(SnO₂)=90∶10。采用XRD、SEM对所制备的薄膜进行表征,系统分析不同基底温度对ITO薄膜结晶性能、形貌的影响;采用紫外可见分光光度计、霍尔效应测试仪、紫外光电子谱仪(UPS)、电流电压曲线系统研究了基底温度对薄膜光电特性、载流子浓度、薄膜功函数以及电流传输特性的影响。研究结果表明,基底温度200 ℃为最佳,此时ITO薄膜结晶良好、表面平整、可见光波段平均透过率超过80%,导电性能和电流传输特性均较佳,且薄膜组分与靶材组分一致。     

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.     

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%。     

反应磁控溅射制备AZO薄膜相结构的演化及机理研究

在室温下,利用直流反应磁控溅射技术在不同的氧气流量下沉积ZnO∶ Al (AZO)薄膜.采用XRD、SEM和TEM技术分析薄膜相成分、表面截面形貌及微观结构.结果表明:氧气流量为2.5 sccm时,沉积形成的薄膜为不透明具有金属导电性能的AZO/Zn( AZO)双层复合膜结构;氧气流量为3.5 sccm时,沉积形成了透明导电的AZO薄膜;氧气流量为5.0 sccm时,形成了透明不导电且含有纳米Al2O3颗粒的AZO薄膜;此外,AZO薄膜在400℃退火后,薄膜晶粒长大和(002)晶面方向择优生长更加明显以及高氧气流量沉积的AZO薄膜中的纳米Al2O3颗粒消失.