Si(111)衬底上ZnO薄膜的磁控溅射法制备及表征

采用磁控溅射法在(111)单晶硅衬底上沉积了ZnO薄膜,并研究了退火温度对ZnO薄膜晶体质量、晶粒度大小、应力和光致发光谱的影响.X射线衍射(XRD)表明薄膜为高度c轴择优取向.不同退火温度下的ZnO薄膜应力有明显变化,应力分布最为均匀的退火温度为500℃.室温下对ZnO薄膜进行了光谱分析,可观测到明显的紫光发射(波长为380nm左右).实验结果表明,用磁控溅射法在单晶硅衬底上能获得高质量的ZnO薄膜.     

Al2O3衬底上生长ZnO薄膜的结构和光学特性

用脉冲激光沉积法在Al2O3(0001)衬底上沉积了ZnO薄膜.衬底温度分别为300℃、400℃、500℃、600℃和700℃.利用X射线衍射(XRD)和光致发光谱(PL)对薄膜的结构和光学性能进行研究.X射线衍射的结果表明在不同温度下生长的ZnO薄膜均具有高度c轴择优取向,衬底温度400℃时,膜的应力较小质量较高.ZnO薄膜有很强的紫外发光峰,紫外发光峰的强度与衬底温度密切相关,并发现当衬底温度从300℃增到400℃时,紫外发射峰出现6nm的蓝移.     

退火温度对6H-SiC衬底上ZnO薄膜发光性质的影响

采用溶胶-凝胶方法,在6H-SiC衬底上制备ZnO薄膜.X射线衍射结果表明薄膜是c轴取向的,具有六方纤锌矿多晶结构.研究了退火温度对ZnO薄膜发光特性的影响.发现在650℃退火温度下,观察到近带边紫外发射和可见光发射并且紫外发光强度大于可见光发射.随着退火温度的提高,紫外峰强度减弱直至消失,而绿光发射强度先增加而后降低.对退火温度引起ZnO薄膜发光性质改变的机制进行了探讨.     

退火效应对MOCVD生长的ZnO薄膜的影响

我们利用MOCVD设备在α-Al2O3衬底上生长了c轴取向的ZnO薄膜,通过X射线衍射(XRD)、光致发光谱(PL)对ZnO薄膜进行表征,研究了退火对ZnO薄膜光电特性影响.通过退火优化, ZnO薄膜的结晶性得到提高,晶粒尺寸变大,紫外光发射峰的强度相对变强.     

碱金属掺杂ZnO薄膜发光性能研究

采用固相反应法制备了不同比例的碱金属掺杂ZnO靶材,并利用磁控溅射法在Si(111)基片上制备不同温度下生长的c轴择优取向ZnO薄膜.通过XRD、AFM和荧光光谱(PL谱)研究了掺杂元素和掺杂比例对薄膜结构和发光特性的影响.结果表明,掺杂未改变ZnO的结构,薄膜具有很好的c轴择优取向.室温下用325 nm的氙灯作为激发光源得到不同样品的 PL 谱,分析表明,紫外发光峰来源于自由激子的复合辐射与带间跃迁,蓝绿发光峰与锌缺陷和氧缺陷有关.此外还探讨了紫外发光峰红移的可能机理.     

退火处理对ZnO薄膜发光特性的影响

用脉冲激光沉积法(PLD)在MgO(100)、α-Al2O3(0001)和MgAl2O4(111)衬底上沉积了ZnO薄膜,测量了它们的发射光谱,观察到430nm的蓝光发射,并研究了退火、衬底和激发波长对ZnO薄膜这一蓝光发射的影响.指出ZnO薄膜中430nm的蓝光发射是由锌填隙原子缺陷能级到价带顶能级间的跃迁以及电子从氧空位浅施主能级到价带顶能级间的跃迁两种机理共同作用的结果.在MgO衬底上沉积的ZnO薄膜在350nm光激发下蓝光发射峰最强.     

衬底温度对硼掺杂ZnO薄膜微观结构及其光电特性的影响

采用射频磁控溅射技术,改变玻璃衬底温度制备B掺杂ZnO薄膜,薄膜的微结构及其光电性能分别用X-射线衍射仪、紫外-可见分光光度计、四探针测试仪及粗糙度测试仪进行表征.结果表明:ZnO∶B薄膜样品表面平整,具有六角纤锌矿结构并呈C轴择优取向.所有薄膜样品在420 ～ 900 nm区间内的平均透光率大于91;.随着温度的增加,电阻率先减小后增大,但晶粒尺寸一直变大.衬底温度为100℃时电阻率可低至1.14×10-3Ω·cm,所有样品禁带宽度相对于本征ZnO蓝移.     

生长温度对L-MBE法制备的ZnO薄膜性能的影响

在蓝宝石C面上利用激光分子束外延(L-MBE)的方法,分别在250℃、300℃、350℃、400℃和450℃生长了高度C轴取向的ZnO薄膜.并进行了X射线衍射(XRD)、光致发光(PL)谱的分析.测试结果表明,较低温度时,随着生长温度的升高,薄膜的结晶及发光性能得到提高;但是当温度进一步升高,却有所变差.说明利用L-MBE系统制备ZnO薄膜存在一合适的温度范围,并对此机理进行了深入分析.     

SiCN薄膜在Si衬底上的沉积

本文采用微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)系统,在单晶Si衬底上制备出了SiCN薄膜.所采用的源气体为高纯CH4和N2,而Si源来自于Si衬底、SiH4和Si棒.用场发射扫描电镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)和X射线衍射谱(XRD)对样品进行了表征与分析.结果表明,外加Si源、高的衬底温度、高流量N2有助于提高样品的成膜质量.所得到SiCN样品是新型的六方结构三元化合物.     

ZnO：Er薄膜的结构和发光特性研究

本文研究了用电子束分蒸技术制备的ZnO:Er薄膜的结构和发光特性。X射线衍射（XRD）谱表明,六角晶体结构的ZnO:Er薄膜具有强的择优c轴取向（002）。在室温下,用阴极射线激发样品,观测到强的蓝光（455nm）发射。本文认为,蓝光发射是ZnO:Er薄膜中铒离子（Er^3 )的激发态^4F5/2到基态^4I15/2的辐射跃迁。研究薄膜的阴极射线发光强度与电子束流的关系时发现,蓝光发射强度强烈地依赖于电子束流的大小。此外,超过阈值电子束流0.6μA,蓝光发射强度首先迅速增加,然后缓慢地增加,趋于饱和,根据瓶颈效应和稀土发光理论很好地解释了这一实验结果。     

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).     

Nb掺杂ZnO透明导电薄膜的结构以及光电性能研究

采用直流磁控溅射法在玻璃衬底上制备了高质量的Nb掺杂ZnO( NZO)透明导电薄膜.为了研究薄膜厚度对薄膜性质的影响,制备了五个厚度分别为239 nm,355 nm,489 nm,575 nm和679 nm的样品.XRD结果表明,ZnO∶ Nb薄膜是具有六角纤锌矿结构的多晶薄膜,并且具有垂直于衬底的c轴择优取向.随着膜厚的增加,薄膜的结晶质量明显提高.当厚度从239 nm增加到489 nm时,平均晶粒尺寸从19.7 nm增加到24.7 nm,薄膜的电阻率持续减小;当厚度进一步增加时,晶粒尺寸略有减小,电阻率有所增加.本实验获得的最低电阻率为4.896×10-4Ω·cm.随膜厚的增加,光学带隙先增大后减小.所有薄膜在可见光区域的平均透过率均超过88.3;.     

Mg掺杂ZnO薄膜的结构和光致发光性能的变化

为深入了解ZnMgO合金薄膜的结构与发光性能的关系,采用ZnO和MgO粉末球磨、冷压成型后再高温烧结的方式制靶,在石英基底上室温射频磁控溅射制备了Mg含量0%～8% (原子数分数) 的ZnMgO薄膜,然后于400 ℃空气退火。采用X射线衍射仪表征薄膜的晶体结构,场发射扫描电子显微镜及附带的X射线能谱仪(EDS)观测薄膜颗粒形貌和化学成分,荧光分光光度计测试光致发光(PL)谱。结果发现:ZnMgO合金膜为纤锌矿hcp结构的固溶体,随Mg含量增加,形貌由近似圆形变为圆形和无规则多边形混合型,原因是(002)晶厚失去主导且长大速率被(101)和(110)超过;PL谱出现一个强的紫光峰(390～393 nm)和一个微弱的近红外峰(758～765 nm);随Mg含量的增加,紫光峰位先蓝移后红移,近红外峰位则发生红移;400 ℃空气退火后,所有峰位红移,强度显著增大。对退火处理前后出现的紫光峰和近红外峰的来源和变化规律进行了机制探讨。     

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.     

溅射功率对铝铬共掺杂氧化锌透明导电薄膜特性的影响(英文)

室温下,利用直流磁控溅射法在玻璃衬底上制备了铝铬共掺杂氧化锌薄膜,研究了溅射功率(55-130 W)对薄膜结构、残余应力、表面形貌及其光电性能的影响。结果表明,ZnO(002)衍射峰的强度随着溅射功率的增大而增强,晶体结构得以改善。晶格常数、压应力和电阻率均随着溅射功率的增大而减小。当溅射功率为130 W时,制备的ZnO∶Al,Cr薄膜的最低电阻率可达1.09×10-3Ω.cm。功率由55 W增大到130 W时,光学带隙由3.39 eV增大到3.45 eV。紫外-可见透射光谱表明,所有薄膜在可见光范围内平均透过率均超过89%。     

衬底温度对氧化锌薄膜微结构及光学性能的影响

衬底温度是磁控溅射法制备氧化锌薄膜中一个非常重要的工艺指标,探索衬底温度对氧化锌薄膜微结构及光学性能的影响对制备环保型高质量氧化锌紫外屏蔽材料具有重要意义。以质量分数99.99%的氧化锌陶瓷靶为溅射源,利用射频磁控溅射技术在石英衬底上沉积了氧化锌紫外屏蔽薄膜,通过X射线衍射仪、薄膜测厚仪、紫外-可见分光光度计、荧光分光光度计进行测试和表征,研究了不同衬底温度对ZnO薄膜微结构及光学性能的影响。实验结果表明:制备所得薄膜均为六角纤锌矿结构,具有沿(002)晶面择优取向生长的特点,其晶格常数、晶粒尺寸、透过率、光学能隙、可见荧光、结晶质量等都与衬底温度密切相关,当衬底温度为250 ℃,溅射功率160 W,氩气压强0.5 Pa,氩气流速8.3 mL/min,沉积时间60 min时,所得氧化锌薄膜样品取向性最好,晶粒尺寸最大,薄膜结构致密,具有良好的光学性能和结晶质量。     

直流溅射缓冲层生长ZnO/Si薄膜

ZnO是一种新兴的的宽禁带半导体材料,相对于传统的宽禁带材料有很多的优势.在相对成本低廉的Si衬底上生长ZnO薄膜是现在攻关的热门课题.目前用缓冲层方法生长ZnO薄膜取得了一些突破.本文利用直流溅射,先在Si衬底上溅射一层ZnO多晶薄膜,通过对直流溅射时间的控制,可以得到不同厚度的ZnO缓冲层.再利用MOCVD设备生长高质量的ZnO薄膜.通过研究发现,直流溅射ZnO薄膜的厚度对于最终的薄膜质量有很大的影响.随着缓冲层的引入,双晶衍射XRD的摇摆半宽有显著下降,并且随着最终ZnO薄膜质量上升,光致发光也有显著的提升.可见缓冲层的引入对ZnO/Si薄膜的质量和发光强度有很大的贡献.     

热处理工艺对室温制备ZnO:Al薄膜结构与光电性能的影响

采用室温溅射加后续退火工艺制备了ZnO∶ Al透明导电薄膜.研究了热处理工艺对薄膜微观结构和光电性能的影响.研究表明:退火有助于减小Al~(3+)对Zn~(2+)的取代造成的晶格畸变,消除应力,促进晶粒长大,有效提高电子浓度和迁移率,降低电阻率;当溅射功率为80 W、退火温度为320 ℃时,薄膜的电阻率可低至8.6×10~(-4) Ω·cm;退火气氛对薄膜的导电性能有较大影响,真空退火可使吸附氧脱附,大大降低薄膜的方块电阻.而退火温度和退火气氛均对ZnO∶ Al薄膜的透光率没有明显影响,薄膜的透光率在86;以上.