超声喷雾热分解法制备ZnO薄膜及衬底温度对其性能的影响

以醋酸锌水溶液为前驱体溶液,采用超声喷雾热分解法在玻璃衬底上制备得到了温度在350℃到450℃范围内的ZnO薄膜.用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)及紫外-可见分光光度计分析了ZnO薄膜的晶体结构、微观形貌及其光学性质,重点探究了衬底温度对ZnO薄膜生长过程及微观结构的影响.分析表明:制备的ZnO薄膜为六角铅锌矿结构,衬底温度对薄膜的质量有着重要的影响;所得薄膜在400℃时结晶性能好,沿c轴择优取向生长,具有优良的均匀性和致密性;所制备的薄膜在可见光区透过率高达86;以上,在紫外光区吸收强烈.     

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;.     

在Si和GaAs衬底上分子束外延CdTe的晶格应变

本文利用高分辨率多重晶多重反射X射线衍射技术对分子束外延CdTe(211)B/ Si(211)与CdTe(211)B/GaAs(211)B材料的CdTe外延薄膜进行了倒易点二维扫描,并通过获得的倒易点二维图,对CdTe缓冲层的应力和应变状况进行了分析.研究显示,对于一定厚度的CdTe外延薄膜,在从生长温度280℃降至室温20℃的过程中,由于和衬底存在热膨胀系数的差异,将在外延薄膜中产生热应力,使外延薄膜发生应变,并且这种应变取代了失配应变,在晶格畸变中占据主导地位.对于Si衬底,热应变表现为张应力;对于GaAs衬底,热应变表现为压应力.该研究结果对于进一步优化在大失配的异质衬底上外延同Hg1-xCdxTe材料晶格匹配的Cd1-yZnyTe材料的Zn组分具有指导意义.     

衬底温度对Al掺杂ZnO薄膜结构及其光电性能的影响

利用溅射方法制备了Al掺杂ZnO(AZO)薄膜,探究了衬底温度对薄膜的形貌特征、结构和光电性能的调控.实验结果表明:衬底温度可以调控AZO薄膜的生长方式以及光电性能.随着衬底温度的升高,AZO薄膜从无规则的形状转变为球形并且其颗粒尺寸逐渐减小.XRD分析表明样品的结晶质量随着衬底温度的升高而变佳.透射光谱研究发现,在低衬底温度下,400 nm附近处有一吸收台阶,随着衬底温度升高,此吸收台阶消失,表明衬底温度影响着AZO内部的缺陷.电学性质研究表明随着衬底温度升高,AZO薄膜的导电性能也随着升高,电阻率从9×10-2 Ω·cm降到5×10-3 Q·cm.而其载流子浓度从6×1019 cm-3增加到2.2×1020 cm-3.     

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).     

镓掺杂氧化锌透明导电薄膜的制备及其性能研究

采用射频磁控溅射方法在玻璃基片上制备了镓掺杂氧化锌(Ga∶ ZnO)透明导电薄膜,通过XRD、XPS、四探针仪和分光光度计等表征技术,研究了衬底温度对Ga∶ ZnO薄膜结构、组分、光学和电学性质的影响.结果表明:所有样品均为具有(002)择优取向的高质量透明导电薄膜,其晶体结构和光电性能与衬底温度密切相关.当衬底温度为673 K时,所制备的Ga∶ ZnO薄膜具有最大的晶粒尺寸(72.6 nm)、最低的电阻率(1.3×10-3Ω·cm)、较高的可见∶ZnO薄膜的光学能隙,结果显示随着衬底温度的升高,薄膜的光学能隙单调增加.     

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.     

衬底温度对电子束蒸发ZnS薄膜结构和光学特性的影响

采用电子束蒸发法在不同衬底温度下,150℃、200℃、250℃和300℃,制备了ZnS薄膜;用X射线衍射仪、原子力显微镜、膜厚仪和紫外-可见光-近红外分光光度计分别表征ZnS薄膜的晶体结构、表面形貌和光学特性;并分析了不同衬底温度对薄膜的结构和光学特性的影响.结果表明:在硅衬底上制备的ZnS都为多晶薄膜,具有闪锌矿β-ZnS结构;随衬底温度升高呈(111)晶面高度择优取向,平均晶粒尺寸有所增大,内应力、位错密度、折射率和吸收系数有所减小,禁带宽度随之增大;衬底温度为300℃时制备的薄膜表面均匀致密,呈现较优的结构和光学性能.     

衬底温度对磁控共溅射制备的Zn(O,S)薄膜结构和光电性能的影响

采用磁控共溅射沉积法,以氧化锌和硫化锌为靶材,在不同衬底温度下制备了Zn(O,S)薄膜.采用X射线衍射仪、原子力显微镜、紫外-可见-近红外分光光度计、霍尔测试仪和拉曼光谱测试仪对Zn(O,S)薄膜进行了结构和光电特性研究.结果表明:Zn(O,S)薄膜具有六方纤锌矿结构,属于二模混晶;在可见-近红外波段的吸收率小于5;;其为N型半导体,电学特性随衬底温度的变化而变化;衬底温度为200℃时制备的厚度为167 nm的Zn(O,S)薄膜的载流子浓度达到8.82×1019 cm-3,迁移率为19.3 cm2/V·s,表面呈金字塔结构.     

溶胶-凝胶法制备LaNiO3薄膜及其电学性能研究

采用溶胶-凝胶法在SiO2/Si衬底上制备了LaNiO3薄膜,并通过改变退火温度和薄膜厚度对其微结构和电学性能进行了表征测试.X射线衍射(XRD)和电阻率测试结果表明,随着退火温度和厚度的增加,LaNiO3薄膜的结晶质量明显提高,薄膜电阻率也逐渐下降.当退火温度为800℃时,厚度为630 nm的LaNiO3薄膜电阻率最小,达到了1.37 mQ·cm.此外,利用LaNiO3薄膜作为下电极制备的2; Nb-Pb(Zr06Ti0.4)O3薄膜呈良好的钙钛矿相结构,且经过1010铁电循环测试周期以后,2; Nb-Pb(Zr06Ti0.4)O3薄膜的铁电性能未出现明显下降,表明该LaNiO3薄膜是生长PNZT铁电薄膜的优良下电极材料.     

磁控溅射Cu薄膜的光电性能研究

利用磁控溅射技术,通过正交试验设计方法,在K9光学玻璃基底上制备了Cu薄膜,研究了溅射时间、基底温度和氩气流量对Cu薄膜光电性能的影响.研究表明:Cu薄膜的透射谱在紫外波段362 nm处有明显吸收峰,但在可见光波段吸收强度较弱,说明Cu膜在可见波段有较高的透光性;膜厚度增加则光学透射率降低.电阻率随膜厚的增大,大体上呈逐渐减小的趋势;1100 nm 为临界尺寸,Cu膜厚度<1100 nm时,电阻率值变化较快;Cu薄膜厚度>1100 nm时,电阻率变化缓慢至定值.当溅射时间为25 min、基底温度为300 ℃、氩气流量为6.9 sccm时所得样品在紫外-可见光区没有吸收,且导电性好.     

钴酸钙薄膜的制备及高温吸波性能研究

以溶胶凝胶法制备的钴酸钙粉体为基础材料,在氧化铝陶瓷基板上涂覆烧结形成了钴酸钙薄膜,研究了薄膜的物相结构、温阻特性及电磁波吸收性能。研究发现,溶胶凝胶法制备的钴酸钙粉体由Ca₉Co₁₂O₂₈相组成,粉体颗粒均匀,具有一定的取向性生长,呈明显的片层状结构。烧结后的钴酸钙薄膜由细小的Ca₃Co₄O₉相组成,与氧化铝基板结合紧密,厚度在20 μm左右,薄膜的方阻值随着温度的升高迅速下降,在300~800 ℃保持在20 Ω/□左右。800 ℃钴酸钙电阻膜型超材料吸波体在8~18 GHz显示出了对电磁波双吸收峰特征。     

磁控溅射衬底加热温度和后退火温度对制备β-Ga2O3薄膜材料的影响

作为宽禁带半导体材料的一员,结构稳定的β-Ga₂O₃具有比SiC和GaN更宽的禁带宽度和更高的巴利加优值,近年来受到科研人员的广泛关注。本文采用射频(RF)磁控溅射法在C面蓝宝石衬底上生长β-Ga₂O₃薄膜,探究溅射过程中衬底加热温度的影响。溅射完成后通过高温退火处理提升薄膜质量,研究衬底加热温度和后退火温度对氧化镓薄膜晶体结构和表面形貌的影响。利用X射线衍射(XRD)、原子力显微镜(AFM)等测试手段对β-Ga₂O₃薄膜晶体结构、表面形貌等进行分析表征。实验结果表明,随着衬底加热温度的升高,β-Ga₂O₃薄膜表面粗糙度逐渐降低,薄膜晶体质量得到显著提升;在氧气气氛中进行后退火,合适的后退火温度有利于氧化镓薄膜重新结晶、增大晶粒尺寸,能够有效修复薄膜的表面态和点缺陷,对于改善薄膜晶体质量有明显优势。     

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。     

衬底温度对共蒸发制备GaSb多晶薄膜性质的影响

采用共蒸发的方法在玻璃衬底上制备出GaSb多晶薄膜材料.研究了薄膜生长速率与衬底温度、Ga源温度和Sb源温度的关系.通过XRD、UV-Vis、Hall效应和AFM等测试方法,研究了衬底温度对于GaSb薄膜的结构特性、光电性质以及表面形貌的影响.GaSb多晶薄膜具有(111)择优取向,薄膜的吸收系数达到105 cm-1,晶粒尺寸随衬底温度升高逐渐增大;衬底温度为540℃时,薄膜的迁移率达到127 cm2/V·s,空穴浓度为3×1017 cm-3.GaSb薄膜的表面粗糙度随温度增加而增加.     

直流磁控溅射陶瓷靶制备ITO薄膜及性能研究

以10%质量分数SnO2和90%质量分数In2O3烧结成的ITO氧化物陶瓷为靶材,采用直流磁控反应溅射法在玻璃基片上制备ITO透明导电薄膜,研究了基片温度和氧分压条件对ITO薄膜的物相结构和光电性能的影响。实验结果表明:ITO薄膜的方块电阻随衬底温度的升高而下降,而可见光透过率增大;ITO薄膜可见光透过率和方块电阻随氧分压的增加而增大。     

Structural relaxation of Al-W amorphous thin films

The pronounced variation of the electrical resistivity of the amorphous Al-W thin films observed during initial heating above room temperature was examined. Both isochronal and isothermal treatments were performed in order to investigate the effects of the film composition, substrate material, and substrate temperature, on the magnitude of the relaxation phenomena. Regarding the isochronal heating, it was observed that the relaxation effects decreased with an increase of the heating rate, and decreased with the aluminum content in the film. The Al₇₈W₂₂ amorphous thin films were subjected to isothermal annealing for 6 h at a temperature of 515 °C. The effects of the substrate material (alumina ceramic, glass and sapphire), and the deposition temperature (LNT, RT, 200 and 400 °C) were examined. The relaxation decreased in a sequence of: alumina ceramic-glass-sapphire substrates, as well as with an increase of the substrate temperature. An assumed dominant role of the aluminum in the effects observed, was tested by the corresponding investigation of Al-Ti and Cu-Ti amorphous thin films.     

退火温度对Co掺杂CeO2稀磁氧化物薄膜的结构和铁磁性能的影响

采用溶胶-凝胶法,在Si(100)和石英玻璃衬底上制备了3;Co掺杂CeO2稀磁氧化物薄膜,研究了不同退火温度(500 ℃, 600 ℃和700 ℃)对薄膜结构和铁磁性能的影响.XRD 和拉曼光谱结果表明,随着退火温度的升高,薄膜晶化度明显提高.不同退火温度下的3;Co掺杂CeO2薄膜为多晶薄膜,且未破坏CeO2原有的结构.随着退火温度的升高, 晶粒尺寸逐渐增大.另外,3;Co掺杂CeO2薄膜在可见光范围内都有很好的透射率,其室温下的光学带隙Eg随退火温度增加而减小.超导量子干涉磁强计(SQUID)测量表明所有样品都表现出室温铁磁性,随着退火温度的升高,饱和磁化强度和矫顽力增大,700 ℃退火的薄膜具有最大的饱和磁化强度和最大的矫顽力.不同退火温度导致样品的磁性有了明显的变化,这源于磁性产生的不同机理.可见薄膜的结构最终影响了其铁磁性能.     

Thickness and substrate orientation dependence of ferromagnetism in Mn doped ZnO thin films

The effect of film thickness and substrate orientation on ferromagnetism in Mn doped ZnO thin films have been studied. The Mn doped ZnO films of different thickness (15, 35 and 105 nm) have been grown on both Si (100) and Si (111) substrates. The structural, electrical, optical, elemental and magnetic properties of the films have been investigated by X‐ray diffraction (XRD), Hall Effect measurements, photoluminescence (PL), energy dispersive spectroscopy (EDS) and vibrating sample magnetometer (VSM), respectively. It is found that all the properties are strongly influenced by the film thickness and substrate orientation. The XRD analysis confirmed that the formation of high quality monophasic hexagonal wurtzite structure for all the grown films. The room temperature VSM measurements showed that the films of lower thickness have better ferromagnetism than that of the thicker films grown on both the substrates. Among the lower thickness films, the film grown on Si (111) substrate has higher saturation magnetization (291×10^‐5 emu cm^‐3) due to high density of the defects. The observed ferromagnetism has been well justified by XRD, Hall measurements and PL. The presence of Mn atoms in the film has been confirmed by EDS. (© 2012 WILEY‐VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim)     

Synthesis and epitaxial growth of CdTe films by neutral and ionized beams

The growth of CdTe thin films has been studied by epitaxial processes on the cleavage surface of rock salt in vacuum, using electron microscopic and electron diffraction techniques. The crystallinity and structure of the films depend largely upon the intensities and species of the incident beams. The use of two beams effused separately from the Knudsen cells resulted in the growth of films of good crystallinity when the intensity ratio N_Cd : N_Te was 10 : 1. The epitaxial relationships were studied over the range of substrate temperatures between room temperature and 350°C. The co-existence of α-hexagonal and β-cubic modifications of CdTe and their proportions in the film were revealed as a function of the growth processes and substrate temperature. If two beams were ionized by electron bombardment inside the cells and were incident upon the substrate by applying a dc voltage between source and substrate, the epitaxial temperature can be lowered to near room temperature, giving good epitaxy. The epitaxial relationships in the CdTe/NaCl system have been studied.