退火处理对ZnO薄膜结晶性能的影响

研究了退火处理对ZnO薄膜结晶性能的影响.ZnO薄膜由直流反应磁控溅射技术制得,并在O2气氛中不同温度(200～1000℃)下退火,利用X射线衍射(XRD)、原子力显微镜(AFM)和X射线光电子能谱(XPS)对其结晶性能进行了研究,提出了一个较为完善的ZnO薄膜退火模型.研究表明:热处理可使c轴生长的薄膜取向性增强;随退火温度的升高,薄膜沿c轴的张应力减小,压应力增加;同时晶粒度增大,表面粗糙度也随之增加.在640℃的应力松弛温度(SRT)下,ZnO薄膜具有很好的c轴取向,沿c轴的应力处于松弛状态,晶粒度不大,表面粗糙度较小,此时ZnO薄膜的结晶性能最优.     

生长时间对氧化锌纳米杆形貌的影响

采用旋涂法在洗净的玻璃衬底上制备了醋酸锌薄膜,并进一步在空气中退火获得了氧化锌(ZnO)薄膜,X射线衍射分析显示退火后获得的ZnO薄膜具有c轴(002)择优取向生长特性.通过水热法以ZnO薄膜为种子层,生长了ZnO纳米杆阵列.研究了在相同的ZnO种子层、前驱液浓度和生长温度条件下,不同生长时间对ZnO纳米杆形貌的影响.扫描电子显微镜照片显示,随着生长时间的增加,ZnO纳米杆阵列的生长具有阶段性规律,并且在经过52h生长后得到了顶端中心被溶解的ZnO纳米管.分析认为该现象和前驱液中Zn2+离子和OH-离子的浓度变化有关,同时也和ZnO的非极性结构有关.     

退火对MOCVD法生长ZnO薄膜性能的影响

采用MOCVD方法在(001)Si衬底上生长ZnO薄膜,并在空气中800℃退火1 h.生长及退火样品的XRD图谱均显示了较强的(002)ZnO衍射峰,表明ZnO薄膜为c轴高取向生长.光电子能谱(XPS)分析显示,退火后ZnO薄膜从富Zn生长变为富O生长.在样品的室温PL 谱中,观察到未退火样品的紫外发射峰的中心为3.28 eV,并观察到退火样品位于3.30 eV的自由激子发射峰和位于3.23 eV的施主-受主对的复合发光峰.实验结果表明,退火后ZnO薄膜的晶体质量得到提高.     

退火对用PLD法制备ZnO薄膜的发光影响

用脉冲激光沉积(PLD)方法在Si(111)和蓝宝石衬底上制备的氧化锌薄膜,在不同的退火温度和不同的退火氛围中进行了退火处理.退火温度及退火氛围对ZnO薄膜的结构和发光特性的影响用X射线衍射(XRD)谱和光致发光谱进行了表征.实验结果表明,随着退火温度的提高,ZnO薄膜的压应力减小,并向张应力转化.在不同的退火温度退火...     

ZnO缓冲层和退火处理对MgO薄膜结构的影响

采用直流反应磁控溅射法在Si衬底上引入ZnO缓冲层制备了沿(200)晶面择优取向生长的MgO薄膜,然后分别采用快速退火和常规退火两种不同的方式对MgO薄膜进行晶化处理。利用X射线衍射仪(XRD)以及原子力显微镜(AFM)研究了ZnO缓冲层以及两种不同的退火方式对MgO薄膜的结构和形貌的影响。结果表明:具有合适厚度的ZnO缓冲层可以显著地提高MgO薄膜的结晶质量。另外,与快速退火相比,常规退火处理后得到的MgO晶粒均匀圆润,有着较大的(200)衍射峰强度以及较小的表面粗糙度。     

PLD方法在CVD金刚石膜上生长ZnO薄膜及其特性研究

采用脉冲激光沉积(PLD)技术,在(110)和(100)织构金刚石膜上成功制备出高度c-轴取向的ZnO薄膜,然后在纯氮气氛条件下对ZnO薄膜进行退火处理.作为比较,也在(100)Si上生长的ZnO薄膜进行了相同的处理.通过测量X射线衍射(XRD)谱和光致发光(PL)谱,研究了不同衬底性质和退火对薄膜结构和发光特性的影响.实验结果表明,在(100)织构金刚石上的ZnO膜具有最好的结晶质量,其半高宽只有0.2°.退火之后近紫外发光峰明显减弱的同时,绿色发光峰得到增强.这里归结为氮气退火后氧空位的增加,这点从退火后的XPS谱中可以得到进一步的确认.     

真空蒸发法择优定向生长ZnO薄膜

研究了(002)向择优生长ZnO薄膜。利用真空蒸发法制备ZnO薄膜,衬底材料是镜面抛光石英片。实验结果表明,用此方法可获得高度择优定向生长的ZnO薄膜,氧化退火温度对ZnO薄膜的结构有重要影响。     

磁控溅射法制备Ag掺杂p型ZnO薄膜的研究

采用磁控溅射法在石英玻璃基片上生长ZnO和ZnO:Ag薄膜。借助于SEM、XRD、霍尔测试、透射谱测试等方法,分析了O2气氛下退火温度对薄膜结构和电学性能的影响。霍尔测试结果表明,Ag掺杂ZnO薄膜经过600℃的O2气氛中热处理转变为p型电导。薄膜的XRD测试表明晶粒大小随退火温度升高而增大,所有薄膜样品只出现(002)衍射峰,呈现c轴取向生长。薄膜对可见光的透过率大于83%,其吸收限为378nm。     

磁控溅射ZnO薄膜的退火热力学行为研究

本文利用原子力显微镜、透射电子显微镜、X射线衍射等分析手段研究了反应射频磁控溅射截然不同的阶段,其临界转变温度在790 ℃附近.进一步分析表明,决定低温退火的晶粒长大机制为Zn填隙原子扩散机制,而决定高温退火时的晶粒长大机制为O空位扩散机制.界面分析结果显示:在临界转变温度以下,ZnO薄膜与基体Si之间基本不发生界面反应;在高温退火过程中,ZnO薄膜与基体Si之间的界面反应主要以氧化后的Si表面层向ZnO扩散的方式进行,并导致了薄膜应力的迅速增加,而界面反应开始之前的薄膜应力的变化,则是由于晶粒合并所引起的.     

ZnO:Ag薄膜的生长及电学性质研究

p-型ZnO材料因在紫外光电器件方面的潜在应用价值而受到人们的广泛关注.采用反应电子束蒸发法在白宝石上生长了ZnO:Ag薄膜,生长温度范围从150～250℃.研究表明:在该温度范围生长的ZnO:Ag薄膜具有n-型导电特征,但通过退火可以实现p-型导电.当退火温度为300℃时,ZnO:Ag薄膜的空穴浓度为2.8×1016cm-3,电阻率为1.0 kΩ·cm,空穴的迁移率为0.22 cm2/V·s.当在350℃下进一步退火,薄膜仍为p-型导电,但空穴浓度减小为2.1×1015cm-3,电阻率增大到5.0 kΩ·cm.通过对ZnO:Ag薄膜的X射线衍射谱分析发现,ZnO:Ag电学性质的变化与薄膜中Ag+替代Zn2+的浓度有关.     

Effects of Annealing Temperature on Properties of ZnO Thin Films Grown by Pulsed Laser Deposition

ZnO thin films are deposited on n-Si（111） substrates by pulsed laser deposition（PLD） system. Then the samples are annealed at different temperatures in air ambient and their properties are investigated particularly as a function of annealing temperature. The microstructure, morphology and optical properties of the as-grown ZnO films are studied by X-ray diffraetion（XRD）. atomic force mieroseope（AFM）, Fourier transform infrared spectroscopy（FTIR） and photoluminescence（PL） spectra. The results show that the as- grown ZnO films have a hexagonal wurtzite structure with a preferred c-axis orientation. Moreover, the diameters of the ZnO crystallites become larger and the crystal quality of the ZnO fihns is improved with the increase of annealing temperature.     

表面覆盖退火对ZnO薄膜光学性质的影响

研究了暴露在空气中退火和表面覆盖蓝宝石基板退火对MOCVD生长的ZnO薄膜光学性质的影响.研究发现,暴露在空气中退火虽可以去除薄膜中的氢杂质,并在低温光致发光(PL)谱中观察到与氢相关的束缚激子峰消失,但是退火后样品室温PL谱中可观察到很强的可见光发射,表明样品中引入了大量的深能级,样品的自由激子发光没有增强.而表面覆盖蓝宝石基板退火的样品,有效去除了氢杂质,但没有观察到可见光发射,说明表面覆盖蓝宝石基板退火可以有效地保护ZnO表面不分解,不生成深能级中心.由于激子束缚中心的减少,表面覆盖退火样品的自由激子发射大大增强.     

Effect of annealing on the morphology and optoelectrical characteristics of ZnO thin films grown by plasma-assisted molecular beam epitaxy

The dependence of characteristics of plasma-assisted molecular beam epitaxy-grown ZnO thin films on different postgrowth annealing conditions was investigated. It was found that, under oxygen atmosphere, annealing temperature can profoundly affect the morphological, electrical, and optical properties of ZnO thin films. In particular, the surface morphology changed from a relatively smooth surface before annealing to various island morphologies after annealing above 800°C for samples grown directly on sapphire without a buffer layer. It is speculated that intrinsic stress due to lattice mismatch drives the island formation and the high temperature provides the energy needed for this surface rearrangement. Single-field Hall-effect measurement showed that the carrier concentration improved by an order of magnitude and the mobility increased from about 30 cm²/Vs to ∼70 cm²/Vs by annealing at 750°C. Variable-field Hall effect shows that a model with two carriers, one a degenerate low-mobility electron and the other a higher mobility non-degenerate electron, is needed to explain the transport properties of the thin film. Analysis indicates that annealing at 750°C decreased the carrier concentration and increased the mobility for the high-mobility carrier. Annealing also led to a significant improvement in photoluminescence, with temperatures of ∼750–850°C yielding the best results.     

热处理对ZnO六棱微管结构及发光特性的影响(英文)

采用水热法在p-Si(111)衬底上生长出六棱ZnO微管,在空气中进行了300～600℃不同温度的热处理,并用XRD、XPS、PL谱研究了热处理对ZnO微管的结构、发光性能的影响。结果表明经过热处理后,ZnO微管的晶体质量显著改善。室温下的光致发光测试显示,在可见发射几乎消失的情况下,近带边发射的强度显著增大。与原位生长的ZnO微管相比,在泵浦密度为28kW/cm2时,热处理400℃的样品在近紫外区产生一个新的发射峰P。通过验证发射峰A与P之间的相对能量位置,认为新发射峰P可能是由激子-激子碰撞引起的。     

低压高温退火对Ag掺杂ZnO薄膜性质的影响

采用电子束蒸发在n-Si(100)衬底上沉积Ag掺ZnO(ZnO:Ag)薄膜,随后在200 Pa的O<,2>气氛下分别在500、600、700和800℃退火4 h.用X射线衍射(XRD)仪、荧光光谱仪以及Van der Pauw方法测量ZnO:Ag薄膜的结构和光电学性质.结果表明,ZnO:Ag薄膜为多晶结构,且随着退火...     

热处理温度对片状ZnO晶体结构和光学性质的影响

采用均匀沉淀法,在无任何催化剂的条件下,两步合成片状ZnO晶体。105℃干燥得到ZnO晶体前驱物,400℃煅烧得到纯ZnO晶体。通过XRD、SEM、TEM、UV-vis和PL光谱等测试手段对ZnO晶体在两个不同热处理温度下的结构和光学性质进行表征。结果显示:ZnO晶体为六方纤锌矿结构,(0001)面形貌为规则的片状正六边形。热处理温度由105℃升至400℃,样品直径增加,透射率降低,禁带宽度减小,光致发光近带边发射峰强度减弱,位置红移。实验结果表明,热处理温度对均匀沉淀法合成ZnO晶体的光学性质存在一定影响。     

应力对ZnO/Si异质结构的光致发光的影响

研究了ZnO薄膜中应力对发光的影响.实验样品为ZnO体单晶、在Si基片上直接生长的ZnO薄膜以及通过SiC过渡层在Si基片上生长的ZnO薄膜.测量了这三种样品的X射线衍射图形、喇曼光谱和光致发光光谱.由X射线衍射图形可以看出,由于SiC过渡层缓解了ZnO与Si之间的晶格失配,使得通过SiC过渡层在Si上生长的ZnO薄膜的结晶质量好于直接在Si上生长的ZnO薄膜的质量.进一步通过喇曼谱测量发现,与ZnO体单晶相比,直接在Si上生长的ZnO薄膜的E2(high)峰红移1.9cm-1,根据喇曼谱峰位移与应力的关系可以推出薄膜中存在0.4GPa的张应力;而通过SiC过渡层在Si上生长的ZnO薄膜的E2(high)峰红移0.9cm-1,对应着0.2GPa的张应力.对照X射线衍射图形的结果可以看出,薄膜中张应力的大小与薄膜的结晶质量密切相关,表明张应力来源于外延层和基片间的晶格失配,晶格失配越大,外延层中产生的张应力越大.有无SiC过渡层的两种薄膜样品的PL光谱中都存在紫外和绿光两种谱带,随样品热处理时氧气分压增加,两种样品都出现绿光增强的相似的变化规律,但有SiC过渡层的样品的变化幅度较小.这一结果说明,绿色发光中心与薄膜的质量,也就是与薄膜中存在的张应力大小有关.在以往研究中得出的非故意掺杂ZnO薄膜的绿色发光中心来源于氧反位缺陷(Ozn),文中研究的结果正好可以解释氧反位缺陷形成的原因.由于薄膜中存在张应力,使得样品的能量升高,其结果必然会产生缺陷来释放张应力,以便降低系统能量.而氧离子半径大于锌离子半径,氧替位锌有利于释放张应力,也就是说,在存在张应力的情况下,Ozn的形成能降低.这一结果进一步证明Si上生长的ZnO薄膜中的绿色发光中心与氧反位缺陷有关.     

Effect of Lattice Mismatch on Luminescence of ZnO/Si Hetero-Structure

研究了ZnO薄膜中应力对发光的影响.实验样品为ZnO体单晶、在Si基片上直接生长的ZnO薄膜以及通过SiC过渡层在Si基片上生长的ZnO薄膜.测量了这三种样品的X射线衍射图形、喇曼光谱和光致发光光谱.由X射线衍射图形可以看出,由于SiC过渡层缓解了ZnO与Si之间的晶格失配,使得通过SiC过渡层在Si上生长的ZnO薄膜的结晶质量好于直接在Si上生长的ZnO薄膜的质量.进一步通过喇曼谱测量发现,与ZnO体单晶相比,直接在Si上生长的ZnO薄膜的E2(high)峰红移1.9cm-1,根据喇曼谱峰位移与应力的关系可以推出薄膜中存在0.4GPa的张应力;而通过SiC过渡层在Si上生长的ZnO薄膜的E2(high)峰红移0.9cm-1,对应着0.2GPa的张应力.对照X射线衍射图形的结果可以看出,薄膜中张应力的大小与薄膜的结晶质量密切相关,表明张应力来源于外延层和基片间的晶格失配,晶格失配越大,外延层中产生的张应力越大.有无SiC过渡层的两种薄膜样品的PL光谱中都存在紫外和绿光两种谱带,随样品热处理时氧气分压增加,两种样品都出现绿光增强的相似的变化规律,但有SiC过渡层的样品的变化幅度较小.这一结果说明,绿色发光中心与薄膜的质量,也就是与薄膜中存在的张应力大小有关.在以往研究中得出的非故意掺杂ZnO薄膜的绿色发光中心来源于氧反位缺陷(Ozn),文中研究的结果正好可以解释氧反位缺陷形成的原因.由于薄膜中存在张应力,使得样品的能量升高,其结果必然会产生缺陷来释放张应力,以便降低系统能量.而氧离子半径大于锌离子半径,氧替位锌有利于释放张应力,也就是说,在存在张应力的情况下,Ozn的形成能降低.这一结果进一步证明Si上生长的ZnO薄膜中的绿色发光中心与氧反位缺陷有关.     

Effect of Temperature on Structural and Morphologic Properties of ZnO Films Annealed in Ammonia Ambient

ZnO thin films were prepared on Si(111) substrates by pulsed laser deposition (PLD). Then, the samples were annealed at different temperatures in NH₃ ambient and their properties were investigated particularly as a function of annealing temperature. The structure, morphology, and optical properties of ZnO films were studied by x-ray diffraction (XRD), Fourier transform infrared spectroscope (FTIR), scanning electron microscope (SEM), and photoluminescence (PL). The results show that the increase of annealing temperature makes for the improvement in the crystal quality and surface morphology below the temperature of 650°C. However, when the annealing temperature is above 650°C, the ZnO films will volatilize and, especially at 750°C, ZnO will volatilize completely.