基于立方相MgZnO薄膜的高响应度深紫外探测器

在超过相变临界厚度的立方相Mg0.29Zn0.71O薄膜上制备了Au插指电极MSM结构探测器件,30 V偏压下的峰值响应度可达27.9 A/W(268 nm),对应的外量子效率为12900%。分析认为原位生长在立方相MgZnO薄膜上的极薄的结构相变层引入了高密度的界面态,在立方相薄膜表面电极接触中起到了降低势垒、减小耗尽层宽度、增强电极注入电子的能力的作用,使得器件形成高的光导增益。     

Mg含量对Mg_xZn_(1-x)O∶Ga薄膜电学性质的影响

通过金属有机物化学气相沉积法制备了不同Mg组分的MgxZn1-xO∶Ga(x=0,0.03,0.14)薄膜。透射谱中MgxZn1-xO∶Ga薄膜的光学带隙随x增大而出现的蓝移证实了Mg在Zn O晶格中的替位掺入。薄膜上金叉指电极间的变温I-V曲线显示,在同等温度下,Ga掺杂MgxZn1-xO薄膜的电阻率随着x值的增大而逐渐升高。这是由于Mg组分增大使材料的导带底显著上升,Ga的施主能级深度增大,导致n型载流子浓度降低。根据I-V曲线计算了270 K温度下MgxZn1-xO∶Ga薄膜的浅能级施主深度。与x=0,0.03,0.14对应的施主能级深度分别为45.3,58.5,65 me V,说明随着薄膜Mg含量的升高,Ga的施主能级深度有增加的趋势。     

m面蓝宝石上外延（110）取向立方MgZnO薄膜及其日盲紫外探测器件研究

由于在日盲紫外探测方面的应用前景,具有合适带隙的MgZnO合金半导体薄膜受到越来越多的关注。获得具有择优取向的单一相MgZnO对提升MgZnO基日盲紫外探测器性能至关重要。本文利用低压金属有机化学气相沉积（LP-MOCVD）方法在m面蓝宝石衬底上制备了一系列不同组分的Mg_xZn_1-xO薄膜。光学和结构特性测试结果表明：Zn摩尔分数达到55%的Mg_0.45Zn_0.55O薄膜依然是单一立方相,其光学带隙可以达到4.7 eV。立方岩盐结构MgZnO与m面蓝宝石衬底的外延结构关系为（110）_MgZnO‖（1010）_sapphire、[001]_MgZnO‖[1210]_sapphire和[110]_MgZnO‖[0001]_sapphire。唯一确定的面内取向有利于薄膜晶体质量的提高。基于（110）取向立方相Mg_0.45Zn_0.55O薄膜制备金属-半导体-金属（MSM）结构器件,获得了光响应峰在260 nm、光响应截止波长278 nm的日盲紫外探测器。     

梯度组分缓冲层诱导的单一立方相Mg_(0.3)Zn_(0.7)O薄膜外延生长

为了实现MgZnO合金带隙全跨度调制,利用低压MOCVD设备,在c面蓝宝石衬底上采用MgO籽晶层和组分渐变缓冲层控制立方相MgxZn1-xO薄膜的生长,获得了Zn组分达到0.7的单一立方相MgxZn1-xO薄膜,把MgZnO合金带隙调制范围从MgO一侧扩展到了4.45 eV,覆盖了整个日盲紫外波段。对比实验分析表明,这种高Zn组分立方相MgZnO薄膜的生长得益于缓冲层晶格模板的结构诱导作用和适宜的生长温度(350~400℃)。Mg0.3Zn0.7O基MSM结构紫外探测器响应峰位于270 nm,截止波长295 nm。     

生长温度对Ga掺杂ZnO薄膜光电性能的影响

在不同衬底温度(室温~750 ℃)条件下,采用脉冲激光沉积(PLD)方法在石英玻璃和单晶硅(111)衬底上制备了Ga掺杂ZnO(GZO)薄膜。结果显示:衬底温度的变化导致衬底表面吸附原子扩散速率和脱附速率的不同,从而导致合成薄膜结晶质量的差异,衬底温度450 ℃时制备的GZO薄膜具有最好的结晶特性;GZO薄膜中载流子浓度随衬底温度升高而单调减小的现象与GZO薄膜中的本征缺陷密切相关,晶界散射强度的变化导致迁移率出现先增大后减小的趋势,衬底温度450 ℃时制备的GZO薄膜具有最小的电阻率~0.02 Ω·cm;随着衬底温度的升高,薄膜载流子浓度的单调减小导致了薄膜光学带隙变窄,所有合成样品的平均可见光透过率均达到85%以上。采用PLD方法制备GZO薄膜,衬底温度的改变可以对薄膜的光电性能起到调制作用。     

氧压强对Ga掺杂ZnO薄膜光电性质的影响

本文采用脉冲激光沉积(PLD)法在单晶硅(111)和石英玻璃衬底上制备了Ga掺杂ZnO(GZO)纳米薄膜,研究了氧压强对薄膜质量和光电性质的影响.采用XRD和SEM对薄膜的晶体结构和表面形貌进行了表征,结果表明纳米薄膜的平均粒径尺寸可以通过调整氧压强来控制,当氧压强为0.01 Pa时,薄膜的结晶质量最好.PL谱分析结果...     

N2流量对N掺杂MgZnO薄膜结构和性能的影响

利用射频磁控溅射方法,使用Mg_{0. 04}Zn_0.96O 陶瓷靶材,选用不同流量比的氮气和氩气混和气体作为溅射气体,在石英基片上生长N掺杂Mg_xZn_1-xO合金薄膜。研究了氮流量比对薄膜组分、结构、形貌、电学性质和拉曼光谱的影响。结果显示：随着溅射气氛中氮流量比的增加,薄膜中Mg含量增加,薄膜表面颗粒尺寸减小,结晶质量变差,电阻率逐渐增大,导电类型发生转变。在氮流量比为20%时,获得了最好的p型导电薄膜。另外,随着氮流量比的增加,拉曼光谱中与N_O相关的位于272 cm^-1、642 cm^-1左右的振动峰逐渐增强,表明N_O的浓度随着氮流量比的加大而有所增加。     

生长条件对Ga掺杂ZnO薄膜微观结构及光致发光性能的影响

利用热氧化法在不同参数条件下生长了Ga掺杂范围较宽的ZnO薄膜, 研究了ZnO薄膜的表面微观结构和光致发光性能. 研究表明: Ga以Ga³⁺存在并掺入ZnO晶格取代Zn²⁺, Ga的掺入改变了ZnO薄膜中的缺陷类型及浓度、化学计量比、薄膜表面结晶质量, 进而影响了薄膜的光致发光性能. 随着热氧化温度升高, Ga掺杂量增大, ZnO薄膜的晶粒尺寸增大, 尺寸更均一, 紫外光与可见光强度比增大. 随着热氧化时间延长, Ga掺杂量降低, ZnO薄膜的晶粒尺寸均一性变差, 紫外光与可见光强度比减小.     

立方氮化硼薄膜的最新研究进展

立方氮化硼(cBN)作为一种在自然界中并不存在的人造材料具有优异的理化特性. 在超硬刀具、高温电子器件和光学保护膜等领域有着广泛的应用前景,已经成为材料科学的研究热点之一. 但是气相生长高质量cBN薄膜仍然还有许多难点需要攻克. 在综述近几年cBN薄膜研究所取得的一些突破性进展后,结合研究现状提出今后可能的主要研究方向. 关键词： 立方氮化硼薄膜 压缩应力 异质外延 掺杂     

生长温度对立方MgZnO薄膜生长取向和紫外光吸收特性的影响

利用脉冲激光沉积技术在非晶石英衬底上制备立方结构MgZnO薄膜,并研究MgZnO薄膜结晶特性、光学带隙随生长温度的变化情况。当生长温度从150℃升高到700℃时,MgZnO薄膜的生长取向由（200）向（111）转变。在600℃以下,MgZnO薄膜光学带隙的变化规律与晶格中Mg和Zn原子比例的变化趋势是一致的;而当温度升至700℃时,虽然MgZnO晶格中Mg和Zn原子比例降低,但由于平均晶粒尺寸变大,薄膜的光学带隙反而上升。在300℃和700℃晶格匹配的情况下,获得了单一（200）和（111）取向的立方MgZnO薄膜。     

Au电极厚度对MgZnO紫外探测器性能的影响

利用分子束外延设备(MBE)制备了MgZnO薄膜.X射线衍射谱、紫外-可见透射光谱和X射线能谱表明薄膜具有单一六角相结构,吸收边为340 nm,Zn/Mg组分比为62:38.采用掩膜方法使用离子溅射设备,在MgZnO薄膜上制备了Au电极,并实现了Au-MgZnO-Au结构的紫外探测器.通过改变溅射时间,得到具有不同Au电极厚度的MgZnO紫外探测器.研究结果表明:随着Au电极厚度的增加,导电性先缓慢增加,再迅速增加,最后缓慢增加并趋于饱和;而Au电极的透光率则随厚度的增加呈线性下降.此外,随着Au电极厚度的增加,器件光响应度先逐渐增大,在Au电极厚度为28 nm时达到峰值,之后逐渐减小.     

氧气压强对PLD制备MgZnO薄膜光学性质的影响(英文)

使用准分子脉冲激光沉积(PLD)方法在Si(100)基片上制备了高度c轴取向的MgZnO薄膜。分别使用SEM、XRD、XPS、PL谱和吸收谱表征了薄膜的形貌、结构、成分和光学性质。实验发现氧气压强对MgZnO薄膜的结构和光学性质有重要影响。当氧气压强由5 Pa增大到45 Pa时,薄膜的PL谱紫外峰蓝移了86meV,表明氧气压强的增大提高了MgZnO薄膜中Mg的溶解度。在15 Pa氧气压强下制备的薄膜显示了独特、均匀的六角纳米柱状结构,其PL谱展示了优异的发光特性,具有比其他制备条件下超强的紫外发射和微弱的可见发光。500~600 nm范围内的绿光发射,我们讨论其机理可能源于深能级中与氧相关的缺陷。使用PLD得到纳米柱状结构表明:优化制备条件,可望使用PLD制备ZnO纳米阵列的外延衬底;可使用PLD技术开发基于ZnO纳米结构的高效发光器件。     

Effect of MgZnO barrier layer on the UV emission of n-ZnO/p-Si heterojunction diodes

ZnO-based heterojunction light emitting diodes (LEDs) with MgZnO barrier layer had been fabricated on the p-Si substrate by metal-organic chemical vapor deposition (MOCVD) technology. The current-voltage (I-V) characteristics exhibited a typical p-n diode behavior. Both ultraviolet (UV) and visible emissions could be detected in the electroluminescence (EL) measurement. The result was compared with the EL spectrum of n-ZnO/p-Si heterojunction LED without MgZnO barrier layer. An improved light extraction efficiency by about 31% was realized owing to the current-blocking effect of MgZnO layer. The result indicated that MgZnO barrier layer can prevent the electrons as expected and realize electron-hole recombination in ZnO layer effectively.     

晶格结构三维模型“LED光立方”的设计与制作

针对大学生在学习《固体物理学》等课程中晶格结构理解的困难,采用成熟的LED驱动电路,通过单片机编程技术,利用LED灯设计制作了一套以三维方式表达晶格结构的LED光立方模型。模型结合专业特色,凝聚软件和硬件优势,能将复杂的空间结构问题简单化,使学生能直观地认识晶体的立体结构,既能激发学生的课程学习兴趣,同时也为教师提供了多样化的教学手段。     

Effect of polarization roughness scattering (PRS) on two-dimensional electron transport of MgZnO/ZnO heterostructures

Quantum transport properties of two-dimensional electron gas (2DEG) in undoped MgZnO/ZnO heterostructures with polarization charge effect have been investigated theoretically. Polarization roughness scattering (PRS) combining polarization charge and interface roughness scattering was proposed as a new scattering mechanism. It was found that the carriers confined in the heterostructures (HSs) would be scattered from polarization charges when they were moving along the in-plane and PRS played a very important role for the low-temperature electron mobility when the electron density N_s exceeded 1.0e11 cm⁻², especially in a higher electron density region. With PRS, the experimental data on the density dependence of 2DEG mobility in the MgZnO/ZnO HSs under study can be well reproduced. The study indicates that the improved processing techniques providing a smooth interface and a good separation between the 2DEG electrons and the polarization charges should be significant for the quantum device’s performance.     

不同Ar/O2气压比例条件下立方MgZnO薄膜生长特性及紫外光吸收特性

利用脉冲激光沉积技术在非晶石英衬底上制备了立方结构MgZnO薄膜,研究了在不同Ar/O₂气压比例条件下,立方结构MgZnO薄膜的生长取向、光学带隙和Mg/Zn含量比例的变化规律。当固定氧气分压为2 Pa、通过注入惰性的Ar气使生长气压从2 Pa升高到7 Pa时,MgZnO薄膜的生长取向由（200）向（111）转变。当生长气压从2 Pa升高到6 Pa时,MgZnO薄膜光学带隙变窄。而当生长气压从6 Pa升高到7 Pa时,MgZnO薄膜光学带隙反而变宽。通过XPS数据分析,不同生长气压下MgZnO薄膜光学带隙的变化规律与薄膜Mg/Zn含量比例的变化规律不一致,MgZnO薄膜中Mg和Zn与O的结合情况的变化对薄膜的光学带隙也有影响。