射频磁控溅射法生长MgxZn1-xO薄膜的结构和光学特性

用射频磁控溅射法在80℃的衬底温度下制备出Mg_xZn_1-xO(0≤x ≤030)薄膜.x射线 衍射(XRD)结果表明，Mg_xZn_1-xO薄膜为单相六角纤锌矿结构， 没有形成任何显著 的MgO分离相，Mg_xZn_1-xO薄膜的择优取向平行于与衬底垂直的 c轴；c轴晶格常数随着Mg含量的增加逐渐减小.在Mg_xZn_1-xO薄膜的光透射谱中出现 锐利的吸收边，由透 射谱估算出Mg_xZn_1-xO薄膜的带隙宽度由332eV(x=0)线性地 增加到396eV(x=030). 关键词： xZn_1-xO薄膜')" href="#">Mg_xZn_1-xO薄膜 射频磁控溅射 Mg含量     

退火温度对低温生长MgxZn1－xO薄膜光学性质的影响

用射频磁控溅射法在80℃衬底温度下制备出Mg_xZn_1-xO(x=0.16)薄膜，用X射线衍射(XRD)、光致发光(PL)和透射谱研究了退火温度对Mg_xZn_1-xO薄膜结构和光学性质的影响.测量结果显示，Mg_xZn_1-xO薄膜为单相六角纤锌矿结构，并且具有沿c轴的择优取向；随着退火温度的升高，(002)XRD峰强度、平均晶粒尺寸和紫外PL峰强度增大，(002)XRD峰半高宽(F 关键词： xZn_1-xO薄膜')" href="#">Mg_xZn_1-xO薄膜 射频磁控溅射 退火     

溶胶-凝胶法制备MgxZn1-xO薄膜的结构及光学特性

用溶胶-凝胶法制备了一系列的Mg_xZn_1-xO(0≤x≤0.3)薄膜,并用X射线衍射(XRD)和光致发光(PL)研究了不同的退火温度和Mg的掺杂含量对Mg_xZn_1-xO薄膜的结构和光学性质的影响.研究表明:Mg_xZn_1-xO薄膜为单相六角纤锌矿结构,并且具有沿c轴的择优取向;发现了中间热处理温度为350℃的Mg_xZn_1-xO薄膜退火温度的转折点为700℃,低于这个温度时随退火温度的升高,(002)衍射峰强度增强且掺Mg的薄膜既有紫外光又有绿光发射;800℃退火时,薄膜的(002)衍射峰强度减小,出现了(100)和(101)衍射峰,且掺Mg的薄膜只有紫外发光峰.不同的掺杂浓度对于发光也有影响,低于700℃退火时,ZnO薄膜只出现紫外发光峰,掺Mg的薄膜却出现了紫外和绿光两个发光峰.     

MgxZn1-xO结构性质

采用第一性原理计算模拟了不同组分的Mg_xZn_1-xO半导体混晶的晶格常数、总能、结构,以及禁带宽度的变化。计算结果显示,随着Mg组分的增加,晶格常数逐渐减小,晶体逐渐偏离纤锌矿结构。对各种不同的Mg原子排列情况进行比较认为,Mg_xZn_1-xO的结构随组分x的增大,发生从纤锌矿到岩盐矿的结构相变的可能性高于发生相分离。另一方面,禁带宽度随组分增大主要由价带顶的移动所致。进一步分析Mg原子各种电子态对价带的影响表明,Mg对价带顶附近能带的贡献依次来自p、d、s态电子。随着组分x的增加,p态电子在价带顶附近的密度明显提高,说明sp轨道杂化不但对晶体的几何结构产生影响,而且对其电子结构也起重要作用。     

MgZnO薄膜及其量子阱和超晶格的发光特性

MgO和ZnO形成合金Mg_xZn_1-xO的带隙可以在3.3～7.9eV之间变化,在制备紫外波段光电器件方面有着广阔的应用前景.由ZnO和MgZnO交替沉积而成的ZnO/Mg_xZn_1-xO量子阱和超晶格在激光器、光探测器和其他光电器件方面也有潜在的应用价值.回顾最近几年对MgZnO薄膜材料发光特性的研究进展,介绍在不同衬底上用不同方法制备MgZnO合金薄膜的制备技术、发光特性以及发光特性与薄膜中Mg含量的关系;综述近年来在ZnO/Mg_xZn_1-xO超晶格、量子阱研究上的成果,特别介绍了ZnO/Mg_xZn_1-xO对超晶格、量子阱的发光特性、发光机理以及发光特性与势垒层镁含量、器件温度的关系.     

p型MgxZn1-xO薄膜材料的制备与光学特性

通过金属有机化学汽相沉积(MOCVD)法在GaAs衬底上生长出了Mg_xZn_1-xO薄膜,通过氧气气氛下的高温退火使得衬底中的As原子通过扩散作用进入薄膜形成受主,得到p型的Mg_xZn_1-xO薄膜。退火前后XPS谱中As(3d)峰的对比表明,Mg_xZn_1-xO薄膜中存在As。电学测试结果表明:退火对样品的电阻率和载流子浓度的影响很大。这是长时间的氧气退火使得氧空位数目明显减少,从而使Zn—O键数量显著增加造成的。在样品的X射线衍射(XRD)谱中,p型样品的(002)衍射峰明显弱于n型样品。而在二者的光致发光(PL)谱中,都存在着很强的近带边发射(NBE)峰和较弱的深能级发射(DLE)峰,p型样品的NBE峰明显较弱而DLE峰却很强。这些现象是由于As原子的扩散,使薄膜中产生了新的缺陷能级,导致能级间的激子复合更加复杂。稳定的p型Mg_xZn_1-xO薄膜的获得为制备Mg_xZn_1-xO同质结和发光二极管奠定了基础。     

第一性原理的广义梯度近似+U方法的纤锌矿Zn1-xMgxO极化特性与Zn0.75Mg0.25O/ZnO 界面能带偏差研究

在纤锌矿结构Zn_1-xMg_xO/ZnO异质结构中发现了高迁移率的二维电子气(2DEG), 2DEG 的产生很可能是由于界面上存在不连续极化, 而且2DEG通常也被认为是由极化电荷产生的结果. 为了探索2DEG的形成机理及其产生的根源, 研究Zn_1-xMg_xO合金的极化特性与ZnO/Zn_1-xMg_xO超晶格的能带排列是非常必要的. 基于第一性原理广义梯度近似+U方法研究了Zn_1-xMg_xO合金的自发极化随Mg组分x的变化关系, 其中极化特性的计算采用Berry-phase方法. 由于ZnO与Zn_1-xMg_xO 面内晶格参数大小相当, ZnO 与Zn_1-xMg_xO 的界面匹配度优良, 所以ZnO/Zn_1-xMg_xO 超晶格模型较容易建立. 计算了Mg_0.25Zn_0.75O/ZnO超晶格静电势的面内平均及其沿着Z(0001)方向上的宏观平均. (5+3)Mg_0.25Zn_0.75O/ZnO超晶格拥有较大的尺寸, 确保远离界面的Mg_0.25Zn_0.75O与ZnO区域与块体计算情况一致. 除此之外, 基于宏观平均为能量参考, 计算得到Mg_0.25Zn_0.75O/ZnO超晶格界面处价带偏差为0.26 eV, 并且导带偏差与价带偏差的比值处于合理区间, 这与近来实验上报道的结果相符. 除了ZnO在[0001]方向上产生自发极化外, 由于在ZnO中引入Mg杂质会产生应变应力, 导致Mg_xZn_1-xO层产生额外的极化值. 这样必然会在Mg_0.25Zn_0.75O/Zn界面处产生非连续极化现象, 促使单极性电荷在界面处积累, 从而在Mg_0.25Zn_0.75O/Zn超晶格中产生内在电场. 此外, 计算了Mg_0.25Zn_0.75O/ZnO超晶格的能带排列, 由于价带偏差Δ E_V=0.26 eV与导带偏差ΔE_C=0.33 eV, 表明能带遵循I型排列. Mg_0.25Zn_0.75O/ZnO 的这种能带排列方式足以让电子与空穴在势阱中产生禁闭作用. 2DEG在电子学与光电子学领域都有重要应用, 本文的研究结果将对Mg_0.25Zn_0.75O/ZnO 界面2DEG的设计与优化中起到重要作用, 并且可以作为研究其他Mg组分的Mg_xZn_1-xO/ZnO超晶格界面电子气特性的参考依据.     

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。     

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。     

利用ICP法测定ZnMgO薄膜的Mg组分

利用电感耦合等离子体(ICP)装置对分子束外延(MBE)法在Sapphire衬底上生长的Zn_1-xMg_xO薄膜的Mg组分进行了测试. 经理论分析，得到使用1次和2次检量式所确定的Zn_1-xMg_xO薄膜中的Mg组分的差异. 将采用1次检量式的ICP测定与EPMA测定结果进行对照，表明当Mg组分x≤0.5时二者的测试结果相当一致，由此证明ICP测试结果的正确性. 关键词： ZnMgO薄膜 Mg组分 分子束外延(MBE) 电感耦合等离子体(ICP)     

The optical properties of MgxZnl-xO thin films

Mg_xZn_1-xO thin films have been prepared on silicon substrates by radio frequency magnetron sputtering at 60℃. The thin films have hexagonal wurtzite single-phase structure and a preferred orientation with the c-axis perpendicular to the substrates. The refractive indices of Mg_xZn_1-xO films are studied at room temperature by spectroscopic ellipsometry over the wavelength range of 400--760\,nm at the incident angle of 70℃. Both absorption coefficients and optical band gaps of Mg_xZn_1-xO films are determined by the transmittance spectra. While Mg content is increasing, the absorption edges of Mg_xZn_1-xO films shift to higher energies and band gaps linearly increase from 3.24.eV at x=0 to 3.90\,eV at x=0.30. These results provide important information for the design and modelling of ZnO/ Mg_xZn_1-xO heterostructure optoelectronic devices.     

Growth of cubic MgxZn1−xO alloy films by electron beam evaporation

We report the growth of cubic Mg_xZn_1−xO alloy thin films on quartz by electron beam evaporation. It can be found that all the samples have sharp absorption edges by the absorption measurements. X-ray diffraction measurements indicate the Mg_xZn_1−xO films are cubic phase with preferred orientation along the (1 1 1) direction. Energy dispersive spectrometry (EDS) demonstrates that the Mg concentration in Mg_xZn_1−xO films is much higher than the ceramic target used, and the composition can be tuned in a small scope by varying the substrate temperature and the beam electric current. The reasons of this phenomenon are also discussed.     

First-principles study of structrural and corrected band properties of wurtzite Zn1-xCdxO and Zn1-xMgxO systems

A first-principles method based on density functional theory(DFT),a generalized gradient approximation(GGA),and a projector-augmented wave(PAW) are used to study the structual and band properties of wurtzite Zn1-xCdxO and Zn1-xMgxO(0 ≤x≤1) ternary alloys.By taking into account all of the possible structures,the band gaps of Zn1-xCdxO and Zn1-xMgxO alloys are corrected and compared with experimental data.     

制备工艺对Zn1-xMgxO薄膜结构及光学性能的影响

采用脉冲激光沉积（PLD）方法在单晶Si（100）衬底上沿c轴方向生长单晶Zn_1-xMg_xO薄膜,通过X射线衍射（XRD）、原子力显微镜（AFM）、扫描电镜（SEM）和荧光光谱（PL）研究了膜厚、Mg含量、退火温度及氧气氛等制备工艺对Zn_1-xMg_xO薄膜的结构、形貌和光学性质的影响.实验结果表明,Mg含量x≤0.15时, Zn_{关键词： 1-x}Mg_xO薄膜')" href="#">Zn_1-xMg_xO薄膜 制备工艺 结构 光学性质     

First-principles investigation of electronic and optical properties in wurtzite Zn<Subscript>1-x</Subscript>Mg<Subscript>x</Subscript>O

A first-principles study has been performed to evaluate the electronic and optical properties of wurtzite Zn_1-xMg_xO. Substitutional doping is considered with Mg concentrations of x = 0, 0.0625, 0.125, 0.1875 and 0.25, respectively. Mg incorporation can induce band gap widening due to the decrease of Zn 4s states. The imaginary part of the dielectric function shows that the optical transition from band edge emission decreases slightly with increasing Mg contents. The optical band gap also increases from 3.2 to 3.7 eV with increasing Mg contents from 0.0625 to 0.25. The calculated results suggest that relatively high Mg concentration is necessary for effective band gap engineering of wurtzite Zn_1-xMg_xO.     

Optical properties of MgxZn1−xO thin films deposited on silicon and sapphire substrate by rf magnetron sputtering

The index dispersion at UV–VIS range for polycrystalline Mg_xZn_1−xO films on silicon with different Mg concentration was obtained by spectroscopic ellipsometry (SE) method. It decreases with the increase of the Mg content. Above the relative peak wavelength, they are well fitted by the first-order Sellmeier relation. The band gap of films on sapphire of different Mg content was determined from transmission measurements. Photoluminescence (PL) illustrated that for Mg_xZn_1−xO films every PL peak corresponded to a special excitation wavelength. The wavelength of the PL peak was proportional to the special excitation wavelength. A strong peak was obtained in the blue band for the films due to the large amount of oxygen vacancies caused by excess Zn and Mg atoms, while weak peak at ultraviolet band.     

石英玻璃衬底上纤锌矿Mg0.25Zn0.75O薄膜的结构及光学性能

Mg_xZn_1-xO材料是一种新型光电功能材料.采用溶胶凝胶法在石英玻璃上制备了Mg_0.25Zn_0.75O薄膜,理论结合实验研究了Mg_0.25Zn_0.75O薄膜的结构和光学性能.研究表明,石英玻璃衬底上Mg_0.25Zn_0.75O薄膜呈六方纤锌矿结构,薄膜均匀,平均粒径约为20nm.吸收光谱表明吸收带边始于3 关键词： 0.25Zn_0.75O薄膜')" href="#">Mg_0.25Zn_0.75O薄膜 溶胶凝胶法 石英玻璃衬底 紫外发光     

白宝石衬底上生长的MgxZn1-xO晶体薄膜的结构和光学性能

在白宝石 (sapphire)衬底上低温外延生长出了MgxZn1 -xO晶体薄膜 .x射线衍射 (XRD)及能量色散x射线 (EDX)分析表明 ,MgxZn1 -xO薄膜的晶体结构依赖于薄膜中Mg的组分x,随着Mg组分的增大 ,MgxZn1 -xO薄膜的结构从与ZnO晶体一致的六方结构转变为与MgO晶体一致的立方结构 .对MgxZn1 -xO薄膜的紫外透射光谱及紫外光致荧光谱 (UVPL)的分析表明 ,随着Mg组分的增大 ,光学吸收边产生明显的蓝移 ,表明MgxZn1 -xO晶体薄膜的带隙增大 ,且带隙连续可调 .吸收光谱和XRD测量显示 ,带隙高达 5 6 5eV的MgxZn1 -xO晶体薄膜与MgO之间的晶格失配仅为0 16 % .