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。     

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。     

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。     

Si衬底上ZnSe外延膜的低压MOCVD生长

以硒化氢（H2Se）和二甲基锌为源材料，生长温度是300℃时，用低压金属有机化学气相沉积（LP－MOCVD）系统在Si(111)衬底上外延生长了ZnSe薄膜。通过X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜的能量色散（EDS）以及光致发光（PL）实验验证ZnSe外延膜的质量，在X射线衍射谱中只有一个强的ZnSe(111)面衍射峰，这说明外延膜是（111）取向的单晶薄膜，在能量色散谱中除了Si,Zn和Se原子外，没有观测到其他原子，说明ZnSe外延膜中杂质含量较少。ZnSe外延膜中Zn/Se原子比接近1，有较好的化学配比。在ZnSe外延膜的77K光致发光谱中没有观测到与深中心发射相关的发光峰，表明ZnSe外延膜的晶格缺陷密度较小。77K时的近带边发射峰447nm在室温时移至465nm附近。     

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 % .     

退火处理对ZnS薄膜的结构和光学性质的影响

在200 ℃下利用激光沉积技术分别在玻璃和Si(100)上沉积制备了ZnS薄膜,并在300,400,500 ℃下退火1 h。用X射线衍射(XRD)仪、紫外/可见光/近红外分光光度计、台阶仪和原子力显微镜(AFM)分别对不同衬底上样品的特征进行了观察。结果表明,玻璃上的ZnS薄膜只在28.5°附近存在着(111)方向的高度取向生长。在可见光范围内透射率为60%~90%。计算显示薄膜的光学带隙在3.46~3.53 eV之间,其小于体材料带隙的原因在于硫元素的缺失。根据光学带隙判断薄膜是单晶立方结构的β-ZnS。Si(100)上生长的是多晶ZnS薄膜:500 ℃下退火后,表面也比未退火表面更加平整致密,变化规律与ZnS/glass的类似。说明高温下退火可以有效地促进晶粒的结合并改善薄膜质量。     

热处理对立方相结构Mg0.57Zn0.43O合金薄膜表面和组成的影响

MgZnO合金具有可覆盖日盲紫外波段的禁带宽度和晶格匹配的单晶衬底,是理想的日盲紫外探测材料.由于MgO和ZnO分属立方相和六角相,分相问题使高质量单一相MgZnO难以获得.热处理是提高薄膜结晶质量的有效手段.利用MOCVD方法制备了单一立方相Mg0.57Zn0.43O合金薄膜,研究了薄膜的退火行为对薄膜结构和光学性能...     

Pulsed Laser Deposition ZnS Buffer Layers for CIGS Solar Cells

采用脉冲激光沉积(PLD)技术,在20、200、400和600 oC下制备出了高质量的ZnS薄膜．XRD分析结果表明,PLD法制备的ZnS多晶薄膜为立方闪锌矿结构而并非Murali报道的六方的纤锌矿结构,并沿(111)方向择优取向生长．Raman光谱进一步证明了在350 cm-1出现了立方相ZnS薄膜的A1振动模式．通过ZnS薄膜的SEM平面和断面图可观察到采用PLD技术生长出了非常密实、光滑、均匀的薄膜．PLD生长的ZnS薄膜的颗粒远小于化学浴沉积的CdS颗粒,这也是影响其电池效率的主要原因．XRF化学组成分析结果表明ZnS薄膜符合化学计量比,但略微富S．最后通过光吸收谱测得不同温度下的ZnS薄膜的光学带隙在3.2～3.7 eV,并随薄膜沉积温度的升高,光学带隙反而增加．采用宽带隙的ZnS缓冲层材料,与CdS(2.4 eV)相比,可以增加电池蓝波段的响应．     

生长温度对6H-SiC上SiCGe薄膜发光特性的影响

利用低压化学气相淀积工艺在6H-SiC衬底成功制备了SiCGe薄膜。通过光致发光(PL)谱研究了生长温度对SiCGe薄膜发光特性的影响。结果表明:生长温度为980,1030,1060℃的SiCGe薄膜的室温光致发光峰分别位于2.13,2.18,2.31eV处;通过组分分析和带隙计算,认定该发光峰来自于带间辐射复合,证实了改变生长温度对SiCGe薄膜带隙的调节作用。同时,对SiCGe薄膜进行了变温PL测试,发现当测试温度高于200K时,发光峰呈现出蓝移现象。认为这是不同机制参与发光所造成的。     

衬底温度对PLD法生长的Mg0.05Zn0.95O薄膜结构和发光特性的影响

用脉冲激光沉积(PLD)法在不同温度的Si(111衬底上成功制备了c轴择优取向的Mg0.05Zn0.95O薄膜.通过X射线衍射(XRD)和光致发光谱(PL)研究了衬底温度对Mg0.05Zn0.95O薄膜结构和发光特性的影响,探讨了膜的结晶质量与发光特性之间的关系.结果表明,在衬底温度为450℃时生长的Mg0.05Zn0.95O薄膜具有很好的轴取向和较强的光致发光峰.室温下分别用激发波长为240,300和325nm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和紫峰来源于自由激子的复合辐射且发光强度与薄膜的结晶质量密切相关,蓝绿发光峰与氧空位有关.此外,探讨了衬底温度影响紫外光致发光峰红移和蓝移的可能机理.     

太阳盲MgZnO光电探测器

利用射频磁控溅射技术在石英衬底上制备了MgZnO合金薄膜,并采用传统湿法刻蚀的方法在薄膜上制备了梳妆叉指Au电极,构成金属-半导体-金属(MSM)结构.在室温下,实现了太阳盲MgZnO光电探测器,器件的探测峰值位于225nm,截止边为230nm.     

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.     

Mn掺杂对ZnO薄膜结构及发光性能的影响

利用脉冲激光沉积的方法在Si衬底上生长出了c轴高度取向的Mn掺杂ZnO薄膜.X射线衍射表明所有样品都具有纤锌矿结构,没有发现其它相,随着掺杂量的增加,c轴晶格常数增大.原子力显微镜结果显示:Mn的掺杂引起了ZnO薄膜表面粗糙度的变化.由光致发光谱发现,在387 nm附近出现了由于近带边自由激子复合引起的紫外峰,还有以4...     

脉冲激光沉积制备MgxNi1-xO合金薄膜的表征及光学性质研究

应用脉冲激光沉积(PLD)技术,固定脉冲激光能量密度为5 J/cm2,调节薄膜生长基底温度为300~700 ℃,制备了系列Mg_xNi_1-xO合金薄膜。通过透射电子显微镜(TEM)、X射线光电子能谱(XPS)、原子力显微术(AFM)等表征分析手段,详细分析了薄膜的成分及组织,研究了退火处理对样品的影响。通过UV-Vis分光光度计研究了透射光谱,结合理论计算了光学带隙宽度。结果表明:薄膜由非晶及多晶构成,紫外吸收边约为290 nm, 接近日盲波段的上限; 衬底温度为500 ℃、激光脉冲能量密度为5 J/cm2时生长的薄膜在短波部分吸收强烈,而长波部分几乎不吸收,有利于紫外探测; 退火处理改善了样品表面质量, 但不能有效拓宽光学带隙。     

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.     

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.     

利用脉冲激光沉积法制备高Mg掺杂的六方相MgZnO薄膜

选用Mg0.2Zn0.8O陶瓷靶,利用脉冲激光沉积(PLD)法,在单晶Si(100)和石英衬底上生长了一系列MgZnO薄膜(MZO)。通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线能谱(EDS)和紫外可见光透射光谱(UV-Vis)等实验手段,研究了在不同工作压强下生长的薄膜样品的晶体结构、微观形貌和光学性能的变化。结果表明:所有的薄膜样品都是单一的ZnO六方相,禁带宽度随生长压强的升高而增加,变化范围在3.83～4.05eV之间,最短吸收边接近300nm。