常压化学气相沉积技术生长ZnO∶H薄膜的光学性质

采用常压金属有机物化学气相沉积技术(APMOCVD),以二乙基锌(DEZn)为Zn源,去离子水(H2O)为氧源,N2作载气,在外延ZnO薄膜的反应气氛中通入少量氢气,在cAl2O3衬底上生长出了ZnO∶H薄膜。用X射线双晶衍射和光致发光谱对ZnO∶H薄膜的结晶性能和光学性质进行表征。结果表明,ZnO∶H薄膜(002)和(102)面的Ω扫描半峰全宽分别为46.1 mrad和81.4 mrad,表明该薄膜具有良好的结晶性能；室温下,ZnO∶H薄膜具有较强的紫外光发射(380 nm),在低温10 K光致发光谱中观测到位于3.3630 eV处与氢相关的中性施主束缚激子峰(I4)及其位于3.331 eV处的双电子卫星峰(TES)。采用退火的方法,通过观测I4峰的强度变化,研究了氢在ZnO∶H薄膜中的热稳定性。发现随着退火温度的升高,I4峰的强度逐渐减弱,表明在高温下退火,氢会从ZnO薄膜中逸出。     

常压化学气相沉积技术生长ZnO:H薄膜的光学性质

采用常压金属有机物化学气相沉积技术(AP-MOCVD),以二乙基锌(DEZn)为Zn源,去离子水(H2O)为氧源,N2作载气,在外延ZnO薄膜的反应气氛中通入少量氢气,在c-Al2O3衬底上生长出了ZnO∶H薄膜。用X射线双晶衍射和光致发光谱对ZnO∶H薄膜的结晶性能和光学性质进行表征。结果表明,ZnO∶H薄膜(002)和(102)面的Ω扫描半峰全宽分别为46.1 mrad和81.4 mrad,表明该薄膜具有良好的结晶性能;室温下,ZnO∶H薄膜具有较强的紫外光发射(380 nm),在低温10 K光致发光谱中观测到位于3.3630 eV处与氢相关的中性施主束缚激子峰(I4)及其位于3.331 eV处的双电子卫星峰(TES)。采用退火的方法,通过观测I4峰的强度变化,研究了氢在ZnO∶H薄膜中的热稳定性。发现随着退火温度的升高,I4峰的强度逐渐减弱,表明在高温下退火,氢会从ZnO薄膜中逸出。     

石英衬底上Au缓冲层对ZnO薄膜微结构的影响

采用单源化学气相沉积(SSCVD)法,在石英衬底上以Au为缓冲层,Zn4(OH)2(O2CCH3)6.2H2O为固相源制备ZnO薄膜。SEM和XRD测试ZnO薄膜的微结构,结果表明:相对于SiO2衬底上生长的ZnO薄膜,Au/SiO2衬底上生长的ZnO薄膜具有较好的结晶质量和表面平整度;对制备ZnO薄膜的衬底温度进行了工艺优化,结果表明:500℃时制备的ZnO薄膜颗粒大小均匀,结晶质量较好;通过荧光光谱仪对Au/SiO2衬底上的ZnO薄膜进行光致发光(PL)谱测试,ZnO薄膜在400nm出现紫光发射峰,而没有出现与缺陷相关的深能级发射峰,表明ZnO薄膜具有较好的结晶质量。     

N掺杂ZnO薄膜的荧光特性研究

以N2为掺杂源,通过改变O2∶N2比,利用射频磁控溅射法在玻璃衬底上制备了具有[002]择优取向的N掺杂ZnO薄膜,研究了ZnO薄膜的光致发光谱随着N掺入量的不同而变化的规律.结果表明,薄膜主衍射峰为402 nm处的发光峰;由于N掺杂量的不同,有的薄膜在445 nm和524 nm处也有发光发存在,但随着薄膜N含量的不同,其发光峰强度明显不同,其峰位也发生了相应的红移或者蓝移.当O2∶N2为10∶ 15时,制备的薄膜N掺杂量最大,光学性能最好,此工艺为研究ZnO薄膜的缺陷类型及导电类型提供了重要的研究参考.     

ZnO薄膜的分子束外延生长及性能

利用分子束外延(MBE)和氧等离子体源辅助MBE方法分别在Si(100)、GaAs(100)和蓝宝石Al2O3(0001)衬底上用Zn、ZnS或以一定Zn-O化学计量比作缓冲层,改变衬底生长温度和氧压,并在氧气氛下,进行原位退火处理,得到ZnO薄膜。依据X射线衍射(XRD)图,表明样品的结晶性能尚好,且呈c轴择优取向;实验结果表明在不同衬底上生长的ZnO薄膜,由于晶格失配度不同,其衍射峰也有区别。用原子力显微镜(AFM)观测薄膜的表面形貌,为晶粒尺寸约几十纳米的ZnO纳米晶,且ZnO晶粒呈六边形柱状垂直于衬底的表面。采用掠入射X射线反射率法测膜厚。在360nm激发下,样品的发光光谱是峰值为410,510nm的双峰谱,是与样品表面氧缺陷有关的深能级发光。     

MOCVD生长中载气H2对N掺杂ZnO性质的影响

采用MOCVD方法在石英衬底上生长ZnO。实验使用二乙基锌(DEZn)为锌源,N2O作为氧和氮源,H2作为载气。采用PL和Raman光谱方法对ZnO样品进行表征,结果表明H2的加入大幅度减少薄膜中碳的掺入,明显改善了薄膜的光学质量。采用N2O离化技术,可以进一步提高其带边峰的强度,抑制带内发光。XRD测量表明,生长的ZnO薄膜具有c轴择优取向。目前生长高质量N掺杂的p型ZnO薄膜是很困难的,而H2作为载气的加入明显改善了ZnO薄膜的光学性质,在生长过程中加入H2将为获得高质量N掺杂的p型ZnO薄膜提供一种途径。     

常压MOCVD生长ZnO/GaN/Al2O3薄膜及其性能

以去离子水（H2O）和二乙基锌（DEZn）为源材料,生长温度是680℃时,利用常压MOCVD在GaN／Al2O3模板上成功生长了ZnO单晶薄膜,用原子力显微镜（AFM）、X射线双晶衍射（DCXRD）、光致发光谱（PL）对ZnO薄膜的表面形貌、结晶学性质、光学性质作了综合研究。双晶衍射表明,ZnO非对称（1012）面ω扫描的半峰全宽（FWHM）仅为420arcsec,估算所生长ZnO膜的位错密度大约为10^3／cm^2量级,这与具有器件质量的GaN材料的位错密度相当。在ZnO薄膜的低温15K光荧光谱中,观察到很强的自由激子和束缚激子发射以及自由激子与束缚激子的多级声子伴线。     

退火温度及退火气氛对ZnO薄膜的结构及发光性能的影响(英文)

采用脉冲激光沉积技术在Si/蓝宝石衬底上制备了ZnO薄膜,结合快速退火设备研究了不同退火温度(500~900℃)及退火气氛(N2,O2)对薄膜的结构及其发光性能的影响。并优化条件得到具有最小半峰全宽及最大晶粒尺寸的薄膜。X射线衍射(XRD)结果表明:氮气氛下退火的ZnO薄膜最佳退火温度为900℃;氧气氛下退火的ZnO薄膜最佳退火温度为800℃。红外(IR)光谱中,退火后Zn-O特征振动峰红移,说明在退火过程中,原子重新排布后占据较低能量位置;同样的退火温度下,氮气氛下退火的薄膜质量更优。同步辐射光电子能谱(synchrotron-based XPS)分别表征了未退火及N2,O2下900℃退火的ZnO薄膜,分峰拟合结果表明氧气氛下退火产生更多的氧空位。结构表征结合光致发光(PL)谱表明绿光的发光峰与氧空位有关。     

衬底温度对PLD法生长的Mg0.05Zn0.95O薄膜结构和发光特性的影响

用脉冲激光沉积(PLD)法在不同温度的Si(111衬底上成功制备了c轴择优取向的Mg0.05Zn0.95O薄膜.通过X射线衍射(XRD)和光致发光谱(PL)研究了衬底温度对Mg0.05Zn0.95O薄膜结构和发光特性的影响,探讨了膜的结晶质量与发光特性之间的关系.结果表明,在衬底温度为450℃时生长的Mg0.05Zn0.95O薄膜具有很好的轴取向和较强的光致发光峰.室温下分别用激发波长为240,300和325nm的氙灯作为激发光源得到不同样品的PL谱,分析表明紫外发光峰和紫峰来源于自由激子的复合辐射且发光强度与薄膜的结晶质量密切相关,蓝绿发光峰与氧空位有关.此外,探讨了衬底温度影响紫外光致发光峰红移和蓝移的可能机理.     

N掺杂ZnO薄膜的荧光特性研究

以N₂为掺杂源,通过改变O₂∶N₂比,利用射频磁控溅射法在玻璃衬底上制备了具有[002]择优取向的N掺杂ZnO薄膜,研究了ZnO薄膜的光致发光谱随着N掺入量的不同而变化的规律.结果表明,薄膜主衍射峰为402 nm处的发光峰;由于N掺杂量的不同,有的薄膜在445 nm和524 nm处也有发光发存在,但随着薄膜N含量的不同,其发光峰强度明显不同,其峰位也发生了相应的红移或者蓝移.当O₂∶N₂为10∶15时,制备的薄膜N掺杂量最大,光学性能最好,此工艺为研究ZnO薄膜的缺陷类型及导电类型提供了重要的研究参考.     

采用PVA方法制备ZnO基发光稀磁半导体

不同的制备工艺对ZnO薄膜的微结构和性能有很大的影响,为了得到成本较低,样品具有较好特性的实验方法,对于制备手段进行了探索。使用PVA溶胶-凝胶法制备了Zn_0.88Co_0.12O薄膜,研究了不同退火工艺对其微结构的影响。对于Zn_0.88Co_0.12O样品的微结构和室温下的铁磁性和发光特性,具体比较分析了产生原因。对比了Co掺杂和复合Co、Fe掺杂Zn_0.88(Co_0.5Fe_0.5)_0.12O样品的微结构,采用振动样品磁强计(VSM)测量了样品的磁特性,发现单一掺杂的薄膜具有更好的晶体质量和更强的磁性。     

高质量ZnO微米棒的制备及其光学性质

利用水热法制备ZnO微米棒。醋酸镁[Mg(CH3COO)2.4H2O]、醋酸锌[Zn(CH3COO)2.2H2O]和六次甲基四胺(C6H12N4)以一定比例配置成反应溶液,把反应溶液加热到90℃,反应时间为24h,能够在硅衬底上生长高质量的ZnO微米棒。用扫描电镜(SEM)和X射线衍射仪对ZnO微米棒的晶体结构和表面形貌进行了分析,结果表明,样品为细长条棒状结构,呈现六方纤锌矿结构,长径比可达10∶1,并且在[002]方向择优生长。在样品中并未发现镁离子,它有可能扮演着催化剂的角色。对ZnO微米棒的光致发光性能进行测量,由PL光谱分析可知,样品在384nm处有一个紫外发光峰,半峰全宽为13nm,紫外发光峰强度比可见发光峰强度大的多,样品的质量较好。     

蓝宝石R面上ZnO薄膜的NH3掺杂研究

以NH₃为掺杂源,利用金属有机化学气相沉积(MOCVD)系统在蓝宝石R面上生长出掺氮ZnO薄膜。通过XRD,SEM测量优化了其生长参数,在610℃和在80sccm的NH₃流量下生长出了〈1120〉单一取向的ZnO薄膜。经Hall电阻率测量,得知该薄膜呈现弱p型或高电阻率,并对其光电子能谱进行了研究。     

氮气氛中高温退火对ZnO薄膜发光性质的影响

以二乙基锌和水汽分别作为锌源和氧源,用LP-MOCVD方法在p型Si(100)衬底上生长了单一取向的ZnO薄膜。对得到的样品在氮气气氛中进行高温热处理,退火温度分别为900,1000,1100℃。利用室温PL谱、XRD、AFM、XPS等方法对样品的性质进行了研究。研究表明:(1)随着退火温度的升高,样品的结晶性质也逐渐提高,从表面形貌观察到晶粒尺寸逐渐增大;(2)当退火温度从900℃升高至1000℃时,样品的光致发光谱中可见光波段的发光强度有所减弱,而紫外波段的发光强度明显增强;当退火温度升高至1100℃时,可见光波段的发光几乎完全被抑制,而紫外波段的发光强度急剧增强。分析认为,高温退火改善晶体结晶质量的同时调制了样品的Zn/O比,氮气气氛下的热处理使得样品内的氧原子逸出,来自受主缺陷OZn的可见发射随温度升高逐渐减弱,而当退火温度达到1000℃以上时样品成为富锌状态,此时与施主缺陷Zni有关的紫外发射急剧增强。     

Mg掺杂ZnO纳米晶的低温共沉淀法制备及光学性质

采用共沉淀(co-precipitation)法制备了Mg掺杂ZnO纳米晶,分别用X射线衍射(XRD)、傅立叶变换红外光谱(FTIR)、紫外可见吸收(UV-Vis)光谱、光致发光(PL)光谱、透射电镜(TEM)、电子顺磁共振(EPR)等分析手段对样品进行了表征。探究了Mg离子在ZnO纳米晶中的存在状态,ZnO纳米晶颗粒尺寸和发射光谱随Mg掺杂浓度的变化,并对其发光机理进行了分析。结果表明:Mg离子在ZnO晶格中以部分晶格位,部分间隙位的方式存在,没有形成MgO表面壳层结构;随Mg掺杂浓度的增大,ZnO纳米晶的颗粒尺寸变小,发射光的光强增大。发射光的最佳激发波长为342nm,中心波长为500nm,荧光量子产率为22.8%。实验分析表明:Mg离子的掺杂在ZnO纳米晶中引入了锌空位(VZn),间隙位的镁离子(IMg),提供了新的复合中心,从而增强了ZnO纳米晶的光致发光。     

ZnO薄膜的掺杂特性

通过MOCVD方法生长的ZnO薄膜一般为富锌生长,呈n型电导,要想得到高阻或低阻p-ZnO薄膜需要对其进行掺杂施主或受主杂质.主要研究在生长过程中通过NH₃对ZnO薄膜进行氮掺杂的情况,利用优化生长条件,即生长温度为610℃,Ar气(携带DEZn)流量为4sccm,O₂流量为120sccm,N₂流量为600sccm,得到在NH₃流量为80sccm时生长样品的结晶质量最高,在掺杂薄膜中NH₃流量高于或低于80sccm时,样品的表面形貌都将变差,只有在80sccm时表面粗糙度最低晶粒最小,表明该流量下获得的样品表面较光滑致密.所以80sccmNH₃流量为在R面蓝宝石上生长<110>取向ZnO薄膜的最佳掺杂流量.Hall测量结果表明,NH₃流量为50sccm的样品电导呈弱p型,电阻率为102Ω·cm,空穴载流子浓度为+1.69×10¹⁶cm^-3,迁移率为3.6cm²·V^-1·s^-1;当NH₃流量增加时样品的电导呈n型,电阻率最高达10⁸Ω·cm,我们认为与进入ZnO薄膜的H的量有关,并对其变化机理进行了详细的分析.     

用离子束增强沉积从V2O5粉末制备高热电阻温度系数VO_2薄膜

采用了一种用离子束增强沉积从V2O5粉末直接制备VO2薄膜的新方法,将纯度为997%的V2O5粉末压成溅射靶,在用Ar离子束溅射的同时,用氩氢混合束对沉积膜作高剂量离子注入,使沉积膜中V2O5的V—O键断裂,进而被注入的氢还原,退火后获得热电阻温度系数(TCR)高达4%的VO2薄膜.高剂量的氩氢混合束注入对薄膜引入应力,使薄膜的转换温度降低、电阻温度曲线斜率变大,是薄膜TCR增大的原因 关键词： 离子束增强沉积 VO2薄膜 热电阻温度系数     

Zn/O ratio and oxygen chemical state of nanocrystalline ZnO films grown at different temperatures

ZnO nanocrystalline films are prepared on Si substrates at different temperatures by using metal-organic chemical vapour deposition (MOCVD). It is observed that when the growth temperature is low, the stoichiometric ratio between Zn and O atoms has a large deviation from the ideal ratio of 1:1. The ZnO grains in the film have small sizes and are not well crystallized, resulting in a poor photoluminescence (PL) property. When the temperature is increased to an appropriate value, the Zn/O ratio becomes optimized, and most of Zn and O atoms are combined into Zn-O bonds. Then the film has good crystal quality and good PL property. If the temperature is fairly high, the interfacial mutual diffusion of atoms between the substrate and the epitaxial film appears, and the desorption process of the oxygen atoms is enhanced. However, it has no effect on the film property. The film still has the best crystal quality and PL property.     

Structural, optical and electrical properties of Al-N codoped ZnO films by RF-assisted MOCVD method

N-doped ZnO films were produced using N₂ as N source by metal-organic chemical vapor deposition (MOCVD) system which has been improved with radio-frequency (RF)-assisted equipments. The data of secondary ion mass spectroscopy (SIMS) indicate that the concentration of N in N-doped ZnO films is around 5 × 10²⁰ cm⁻³, implying that sufficient incorporation of N into ZnO can be obtained by RF-assisted equipment. On this basis, the structural, optical and electrical properties of Al-N codoped ZnO films were studied. Then, the effect of RF power on crystal quality, surface morphologies, optical properties was analyzed using X-ray diffraction, atomic force microscopy and photo-luminescence methods. The results illustrate that the RF plasma is the key factor for the improvement of crystal quality. Then the observation of A⁰X recombination associated with N_O acceptor in low-temperature PL spectrum proved that some N atoms have occupied the positions of O atoms in ZnO films. Hall measurements shown that p-type ZnO film deposited on quartz glasses was obtained when RF power was 150 W for the Al-N codoped ZnO films, while the resistivity of N-doped ZnO films was rather high. Compared with the Al-doped ZnO film, the obviously increased resistivity of codoped films indicates that the formation of N_O acceptors compensate some donors in ZnO films effectively.