Al掺杂ZnO紫外探测器的快速响应技术

通过交变电场下的紫外光响应测试,观察到ZnO基薄膜在254 nm紫外光激发下的慢响应现象,并测量了响应时间常数。为提高ZnO基薄膜紫外探测器的性能,采用磁控溅射法,制备了纯ZnO薄膜和掺Al浓度为10 at.%(原子比例)的ZnO薄膜紫外探测器,测量了样品的频率特性曲线。结果表明,Al掺杂能有效地抑制ZnO薄膜的慢响应,实现探测器对紫外光的响应时间常数τ<25μs的快速响应。     

稀土Dy掺杂对ZnO,CdO和SnO2薄膜性能的影响

用热蒸发法和热处理制备稀土Dy掺杂金属氧化物CdO,ZnO和SnO2薄膜,研究不同Dy掺杂浓度及热处理对3种薄膜性能的影响。XRD和SEM测试结果显示:适当的Dy掺杂和热处理可改善薄膜的结构特性,使薄膜表面的致密性变好。CdO,ZnO和SnO2薄膜的最佳掺Dy原子数分数为5%,5%和3%。掺Dy后Cd O,ZnO和SnO2薄膜的导电类型均为n型,电阻值降低约一个数量级。Dy掺杂使得薄膜的致密性增加而导致光透过率降低。制备的薄膜都是直接带隙半导体,相应的光学带隙:Cd O约2.232 eV,CdO∶Dy(Dy原子数分数5%)的略增为2.241 e V,ZnO薄膜约为3.31 eV;ZnO∶Dy(Dy原子数分数5%)约3.25 eV,SnO2薄膜约3.07 eV,SnO2∶Dy(Dy原子数分数3%)约3.03 eV。     

直流磁控溅射ZnO薄膜的结构和室温PL谱

用直流反应磁控溅射法在硅衬底上沉积C轴择优取向的ZnO晶体薄膜,薄膜呈柱状结构,柱状晶直径约为100nm,晶柱内为结晶性能完整的单晶,而晶界处存在较大的应力．ZnO薄膜在He-Cd激光器激发下有较强的紫外光发射,晶界应力引起ZnO禁带宽度向长波方向移动,提高衬底温度有利于降低晶界应力和抑制深能级的绿光发射．     

溶胶-凝胶法制备ZnO薄膜及表征

采用溶胶-凝胶法在石英玻璃衬底上使用旋转涂覆技术生长了ZnO薄膜.对薄膜的XRD分析表明ZnO薄膜为纤锌矿结构并沿c轴取向生长.透射光谱表明薄膜的禁带宽度为3.28eV,与ZnO体材料的禁带宽度3.30eV基本相同.用光致发光谱分析了经过500～700℃热处理获得的ZnO薄膜,结果表明ZnO薄膜在室温下有较强的紫外带边发射,但当热处理温度高于700℃时,可见光波段发射明显增加.     

ZnO/Ag 纳米线复合薄膜的光电导型紫外探测器

ZnO/Ag纳米线复合薄膜紫外探测器是利用水热法在旋涂制备的Ag纳米线薄膜上生长ZnO 纳米线阵列制备得到。此紫外探测器在4.9 mW cm_-2紫外光强和1V偏压下,其明暗电流比为3100,响应恢复时间分别为3.47s和3.28s,响应度为0.25A/W,探测度为6.9×10₁₂Jones。制备和工作参数被分析以优化紫外探测器结构和性能,如ZnO 纳米线的生长时间,Ag纳米线薄膜的旋涂转速和紫外探测器的工作温度。     

无机络合溶胶-凝胶法制备多孔ZnO薄膜

利用无机络合溶胶-凝胶法制备多孔ZnO薄膜,同时利用多种测试手段对薄膜的晶体结构、表面形貌、多孔和光学性能进行了研究.XRD和SEM的测试结果表明,ZnO薄膜的晶体结构为六方纤锌矿,薄膜表面呈多孔状.由孔径分布曲线得出薄膜的孔主要集中在介孔2.02nm和4.97nm;500℃煅烧得到的ZnO薄膜的比表面积是27.57m2/g;在不同温度下煅烧的薄膜在可见光区域透射率均高于85%,光学带宽为3.25eV.     

ZnO基紫外光电探测材料研究

ZnO作为II-VI族直接宽禁带半导体材料,在室温下的禁带宽度约为3.37 eV,对应紫外波段的光子能量,且ZnO具有较高的化学和热稳定性,较强的抗辐射损伤能力,来源丰富,电子诱生缺陷较低等特点,适用于制备高性能的紫外探测器。而ZnO在掺杂后形成的合金可调节其禁带宽度,并与ZnO的晶格失配度及热膨胀系数差别较小,可构成量子阱或超晶格结构被广泛地应用于光电器件中,提高光电性能,所以相关的带隙工程的开展有利于推进实用的高性能的ZnO基光电器件的开发。尤其是对于ZnO基紫外探测器件,ZnO基三元合金具有可调控其探测波段到日盲区的特点,在此基础上所实现的紫外探测器在军事和民用领域具有广泛应用。基于此,笔者采用掺杂的方式调制ZnO的禁带宽度,使ZnO基三元合金材料的光学禁带宽度达到4.4 eV以上,获得可用于日盲紫外光波段探测的ZnO基光电探测器;同时,通过控制掺杂技术开发ZnO基异质复合结构,可应用于高性能的紫外光电发射探测器件。主要内容和创新性结果如下:1.采用溶胶–凝胶方法制备了Mg、Cd、Al掺杂的ZnO基三元合金薄膜,并对其微结构和光电性能进行研究,分析其掺杂效率和光学禁带调制效应,获得掺杂对ZnO薄膜禁带宽度调制的规律,并从不同元素掺杂引起Zn3d电子结合能变化的角度探讨了其禁带调制的机理。2.采用射频磁控溅射法制备AlxZn1-xO(AZO)合金薄膜,研究不同掺Al浓度对其微结构和光电性质的影响规律,研究表明:Al粒子数分数增大到20%会导致ZnO纤锌矿结构的消失,表明掺Al的固溶度在20%以内,而当掺Al粒子数分数达到30%则出现新的晶相;且随掺Al粒子数分数增加,薄膜中晶粒细化,电阻率大幅上升;通过改变Al组分可较大地展宽光学带隙,在Al粒子数分数为30%时带隙被展宽至4.43 eV。3.探讨氧气氛对AZO合金薄膜导电性的影响,并通过对其微结构和光电特性的研究发现:溅射过程中通入少量氧气有利于获得结晶质量较好的c轴择优取向薄膜;而纯氩气氛下溅射的薄膜具有很低的电阻率,拉曼测试和SEM分析表明其存在特殊的内建电场和c轴取向平行于膜面的晶粒;溅射过程中氧分压的增加会导致薄膜的绝缘性能增强;其透光谱显示光学吸收边发生明显蓝移。4.研究AZO合金薄膜的光电响应性能,结果表明:掺入Al可抑制ZnO薄膜中氧空位缺陷的形成,Al粒子数分数的增大使得薄膜的绝缘性能增强,有利于实现暗电流低的光电探测器件,提高其光暗电流比,尤其是可以抑制慢速的氧气吸附和解吸附反应,从而提高器件的响应速度。获得的快速响应的AZO探测器在紫外光照下显示出对称的非线性特征,即采用元件替代方法将光敏电阻应用于蔡氏电路时,在变型蔡氏电路中可产生三涡旋光电混沌吸引子。5.研究掺Al对AZO薄膜表面势垒和功函数的影响,通过对不同Al浓度AZO合金薄膜的C-V测试,获得其表面接触势垒高度随Al浓度增加而减小的规律;分别从理论计算和I-V-T测试拟合研究了5%粒子数分数掺Al对ZnO薄膜表面功函数的影响,两种方式获得的表面功函数值分别下降了0.090 eV和0.098 eV。以上研究结果表明掺Al使得AZO薄膜的费米能级上移至导带,从而形成较小的表面势垒,有利于电子从表面逸出。6.研究将AlxZn1-xO薄膜用于实现NEA紫外光电阴极,制作AZO阴极真空光电管,其光暗电流相差两个数量级以上。采用高导电AZO薄膜作为透明导电底电极,在其上诱导生长阳离子空位为主导的AZO纳米晶表面层,由以上掺杂调制技术获得的AZO异质复合结构阴极材料,因为底电极和阴极膜同属AZO材料体系,界面间结合紧密,并能有效实现能带调制,具有良好的紫外光电发射性能。在铯激活条件下的测试结果为:暗电流为0.2 nA,在254 nm波长的紫外光照射下产生220 nA光电发射电流,光暗电流比达到103数量级。     

ZnO薄膜的结构与光学性能研究

采用sol-gel法在石英衬底上制备了ZnO薄膜,通过改变溶胶浓度、涂敷层数及退火温度,研究了ZnO薄膜的形貌、结构性能及光学性能。结果表明,薄膜具有六方纤锌矿结构,表面均匀致密,晶粒大小在25～35nm之间,Zn含量为0.8mol/L的溶胶经旋涂并在500℃下退火1h后可获得最高的可见光透射率,平均透射率约为94%。获得的ZnO薄膜的光学带隙在3.27～3.29eV之间。     

紫外光照下金属氧化物薄膜气敏特性研究进展

介绍了近期文献中对紫外光照下半导体金属氧化物薄膜气敏特性的研究结果:紫外光照引起SnO2,In2O3,ZnO薄膜电导显著增大;提高室温下薄膜对CO,NO2气体检测的灵敏度,减少响应和恢复时间;介绍了一种对紫外光增强气敏机制的物理模型分析方法。最后讨论了当前存在的难点问题(室温下气体检测的灵敏度不高及使用紫外光源不便)及未来研究方向(借改变薄膜的制备方法、工艺条件、优化金属氧化物薄膜的结构;通过掺杂复合改变薄膜的成分以及寻找禁带宽度窄的半导体材料等)。     

热氧化法与PLD方法制备ZnO薄膜的特性比较

用热氧化与脉冲激光沉积(PLD)两种方法在Si(111)上制备了ZnO薄膜。对两种方法制备的薄膜的形貌、结构和室温下的荧光光谱作了比较,并对ZnO薄膜紫外光(UV)的发射机理作了初步的分析,发现与PLD方法相比,热氧化法制备的ZnO薄膜所产生的紫外光发射强度(17816任意相对强度单位a.u.)、半高宽(10nm)和紫外光与可见光的强度比(大约200∶1),都非常优异,认为热氧化法制备的ZnO薄膜的树枝状微晶界面及其方向的随机性有利于紫外光的发射和观测,而PLD方法制备的ZnO薄膜是垂直于衬底的六角柱状结构,紫外光最强的方向在垂直于侧面的方向上。     

Electrical properties of silver Schottky contacts to ZnO thin films

ZnO thin films are deposited on Al/Si substrates by the pulsed laser deposition （PLD） method. The XRD and SEM images of films are examined. Highly c-axis oriented ZnO thin films which have uniform compact surface morphology are fabricated. The size of surface grains is about 30 nm. The Schottky barrier ultraviolet detectors with silver Schottky contacts are made on ZnO thin films. The current-voltage characteristics are measured. The ideality contact factor between Ag and ZnO film is 1.22, while the barrier height is 0.908 e V. After annealing at 600 ℃ for 2h, the ideality factor is 1.18 and the barrier height is 0.988 eV. With the illumination of 325 nm wavelength UV-light, the photocurrent-to-dark current ratios before and after annealing are 140.4 and 138.4 biased at 5 V, respectively. The photocurrents increase more than two orders of magnitude over the dark currents.     

Nb_2O_5掺杂量对ZnO压敏电阻器性能的影响

通过掺杂微量Nb2O5制备了ZnO压敏电阻器,运用扫描电子显微镜(SEM)和电性能测试手段分析了Nb2O5掺杂对ZnO压敏电阻器微观结构和电性能的影响,测量了晶界势垒高度φH,并探讨了其对ZnO压敏电阻器性能的影响。结果表明:掺杂适量的Nb2O5可以明显改善ZnO压敏电阻器的微观结构和电性能;当Nb2O5的掺杂量为摩尔分数0.10%时,所制ZnO压敏电阻器的晶粒尺寸最大,且压敏电压V1mA、非线性系数α和φH值分别为174V,30和0.463 eV。     

硫化法制备ZnS薄膜的结构和光学性能研究

采用直流反应磁控溅射法,在玻璃衬底上沉积了ZnO薄膜,然后在H2S气氛和500℃温度下退火制备了六方ZnS薄膜。利用X射线衍射仪(XRD)、UV-VIS分光光度计、扫描电子显微镜(SEM)对样品进行了表征。结果表明:ZnO经0.5 h硫化就能全部生成ZnS,适当提高硫化时间可改善ZnS的结晶性,但硫化时间超过2 h后,结晶性会有所降低;所有制得ZnS薄膜都沿c轴择优生长,其晶粒明显比ZnO更大。此外,这些ZnS薄膜在500~1 100nm波长范围内的光透过率均高达约75%,带隙为3.65~3.70 eV。     

直流磁控溅射ZnO薄膜的结构和室温PL谱

用直流反应磁控溅射法在硅衬底上沉积 C轴择优取向的 Zn O晶体薄膜 ,薄膜呈柱状结构 ,柱状晶直径约为10 0 nm,晶柱内为结晶性能完整的单晶 ,而晶界处存在较大的应力 .Zn O薄膜在 He- Cd激光器激发下有较强的紫外光发射 ,晶界应力引起 Zn O禁带宽度向长波方向移动 ,提高衬底温度有利于降低晶界应力和抑制深能级的绿光发射 .     

低压TiO_2系压敏陶瓷的伏安特性实验分析

采用耗尽层近似理论,分析了低压TiO2系压敏陶瓷在直流偏压下的伏安特性,并对ZnO、TiO2和SrTiO3系三种压敏陶瓷的伏安特性进行了测试、分析和比较。结果表明,在晶界势垒不太高(一般为零点几电子伏)及晶界电场强度不太大(约106V/m量级)的情况下,TiO2系压敏陶瓷晶界的电子传输机制不同于ZnO系压敏陶瓷,而与SrTiO3系压敏陶瓷的导电机制相似,属于肖特基热电子发射机制。     

ZnO纳米棒/薄膜结构的电沉积制备及性能

以阳离子表面活性剂——十六烷三甲基氯化铵(CTAC)作为添加剂,采用电沉积法在氧化铟锡玻璃基板上制备了ZnO薄膜。并研究了CTAC含量对阴极电流密度、结构、表面形貌、化学态和光学性能的影响。实验发现阴极电流密度和(002)择优取向随CTAC含量的增加而增加。电沉积氧化锌薄膜的表面形貌随CTAC含量的增加由小晶粒变为纳米棒,这表明CTAC在控制表面形貌方面有很重要的作用。X-射线光电子能谱表明Zn2p3/2,Zn2p1/2,O1s的峰位分别为1020.78eV、1046.88eV和530.8eV。CTAC对电沉积的影响可能是由于CTAC的吸附作用改变了不同晶面的表面能和生长动力学。此外,研究了ZnO薄膜的光学性能,结果表明当CTAC含量为3.0mmol/L时,薄膜具有较好的透光性和紫外发射性能。添加不同含量CTAC的ZnO薄膜禁带宽度介于3.27～3.52eV。     

The effect of annealing temperature and the characteristics of p-n junction diodes based on sprayed polyaniline/ZnO thin films

Polyaniline,ZnO and polyaniline/ZnO nanocomposite thin films are coated on glass substrates using the spray pyrolysis technique.The samples are characterized by the XRD,SEM,EDAX,UV-Vis and I-V characteristics. The XRD analyses confirm that the spray-coated polyaniline and ZnO thin films have orthorhombic and hexagonal structures,respectively,and optical bandgap energy decreases from 3.81 to 3.41 eV with the addition of a Zn atom.SEM analysis of the polyaniline/ZnO nanocomposite thin films shows that there is an agglomeration of ZnO particles with uniform distribution in the polyaniline matrix,and the diode characteristics of the polyaniline /ZnO nanocomposite show weak rectification behavior.Parameters such as the ideality factor,reverse saturation current and barrier height are calculated from the I-V characteristics.     

脉冲激光沉积法制备氧化锌薄膜

ZnO是一种新型的Ⅱ-Ⅵ族半导体材料,具有优良的晶格、光学和电学性能,其显著的特点是在紫外波段存在受激发射。利用脉冲激光沉积法(PLD)在氧气氛中烧蚀锌靶制备了纳米晶氧化锌薄膜,衬底为石英玻璃,晶粒尺寸约为28-35 nm。X射线衍射(XRD)结果和光致发光(PL)光谱的测量表明,当衬底温度在100-250℃范围内时,所获得的ZnO薄膜具有c轴的择优取向,所有样品的强紫外发射中心均在378-385 nm范围内,深能级发射中心约518-558 nm,衬底温度为200℃时,得到了单一的紫外光发射(没有深能级发光)。这归因于其较高的结晶质量。     

Bi_2Cu_(0.1)V_(0.9)O_(5.35-δ)固态电解质化学溶液法的合成与性能

用化学溶液法合成了Bi2Cu0.1V0.9O5.35-δ(BICUVOX.10)材料,研究了材料的物相、表面形貌和电学特性.BICUVOX.10薄膜具有室温稳定的高电导γ相.在LaNiO3/Si衬底上,BICUVOX.10薄膜具有(001)择优取向,平均晶粒大小约为200nm.低频范围的介电损耗来源于氧空位的短程扩散,BICUVOX.10薄膜主要表现为晶粒电导特性.BICUVOX.10薄膜中氧离子电导激活能约为0.3 eV,氧离子电导率约为5×10-2S.cm-1.     

ZnO/Si异质结中的晶界层行为研究

本文利用电容-电压,电流-电压和深能级瞬态谱研究了ZnO/Si异质结的晶界层行为和载流子的输运机制。当存在高密度界面态时,ZnO/Si异质结的载流子输运受到晶界层的控制。我们观察到了有趣的现象,不同测量温度下得到的ZnO/Si异质结正向lnI-V曲线发生交叉,另外得到ZnO/Si异质结的有效势垒高度随着测量温度的下降而下降,这与理想的异质结热发射模型是相矛盾的。本文的随后各节对上面提到的现象做出解释。