掺镁ZnO基薄膜体声波谐振器的制备和性能研究

固体装配型薄膜体声波谐振器(FBAR)机械强度好,尺寸小,可在硅片上三维立体集成,灵敏度大,在未来的通信设备制作高带通滤波器和物联网传感器中展现出广泛的应用前景。通过射频磁控溅射系统制备了以掺镁ZnO(MgxZn1-xO)作为压电层的固体装配型薄膜体声波谐振器,研究了掺镁ZnO对薄膜体声波谐振器谐振性能的影响。利用场发射扫描电镜(FESEM)对FBAR的结构进行了微观表征。比较了不同掺镁ZnO靶材对于晶向和谐振性能的影响。通过优化条件,制备出了性能优越的FBAR,其谐振频率在1.8~2.4GHz,品质因数(Q)可达800,回波损耗可达-30dB。     

适用于FBAR的ZnO薄膜制备及压电特性分析

采用射频磁控溅射法在Al电极层上制备了适用于 薄膜体声波谐振器(FBAR)的ZnO薄膜, 研究了溅射功率对ZnO薄膜择优取向、压电响应和极化分布的影响。X射线衍射(XRD)测试结 果 表明,在一定范围内,随着溅射功率的增大,ZnO薄膜的择优取向和结晶质量得到提高;但 溅射功率过大,ZnO薄膜的择优取向变差。压电响应力显微镜(PFM)测量表明,溅射功率对薄 膜的压电性能和极化取向也有很大影响, 在所制备的薄膜中,多数晶粒的自发极化方向均垂直向上,表明所制备ZnO薄膜的表面主要 为O 截止;压电响应的振幅与薄膜的结晶质量和择优取向相关,在溅射功率为150W条件下制备的ZnO 在垂直于表面方向上表现出最大压电响应振幅,同时薄膜极化取向分布的一致性最好。     

紫外发光的半导体MgxZn1-xO薄膜制备与性质

利用ZnO微晶粉末以化学电泳法成功地在导电玻璃上制备了不同x值的紫外发光的宽禁带氧化物半导体三元化合物MgxZn1-xO薄膜.电子显微镜和X 射线衍射研究显示,薄膜由MgxZn1-xO微晶组成,薄膜中微晶大小的分散度比ZnO粉末有所减小,并更具择优取向的趋势.室温下光致发光测量给出,MgxZn 1-xO薄膜在小于380nm的紫外波段出现较强的半宽小于20nm的激子性发光峰,而且带边峰的半宽以及带边峰与杂质缺陷峰强度之比均较原始的ZnO粉末有明显改善,表明这种MgxZn1-xO薄膜具有优良的紫外发光特性.     

Mg含量对 MgZnO薄膜光学性质的影响

利用射频磁控溅射技术,高纯的氩气作为溅射气体,分别选用不同Mg含量的MgxZn1-xO陶瓷靶材,在石英衬底上生长六角纤锌矿结构的MgxZn1-xO薄膜,并对薄膜进行了后期热退火处理。研究了Mg含量对MgxZn1-xO薄膜光学性质的影响。实验结果显示,随着Mg含量的增加,薄膜的带隙变宽;光致发光光谱中近带边发射中心蓝移,近带边紫外发射与可见光区深能级发射强度比值减小,发光质量下降;拉曼光谱仍然保持着ZnO的拉曼振动模式,但随着Mg含量的增加,E2high振动峰逐渐展宽,峰型对称性变差。分析表明,随着Mg的合金化,薄膜中产生了更多的杂质缺陷,结晶质量下降。     

Si衬底上MgxZn1-xO薄膜发光特性研究

采用射频磁控溅射（RFMS）法，在Si衬底上生长出具有（002）择优取向的MgxZn1-xO薄膜。透射光谱结果表明，与ZnO相比，MgxZn1-xO薄膜的吸收带边从378nm蓝移至308nm，这说明MgxZn1-xO薄膜的带隙随着Mg组分的增加而加宽。扫描电镜（SEM）能谱分析表明，薄膜中的Mg含量比靶源中的高。用不同波长的光激发得到的光致发光（PL）潜显示，在不同波长的光激励下，只出现单色蓝或绿发光峰，其它的发光峰消失，而且随着激发光波长从260nm、280nm到300nm的增加，发光峰位置分别从431nm、459nm红移至489nm，发光强度也显著增强。分析表明，这些发光峰与O空位有关。     

磁控溅射生长CdxZn1-xO薄膜的表面形貌、结晶特性和光学性能研究

本文采用射频反应磁控溅射方法，在Si（100）上制备了不同Cd含量的Cd，Zn1-xO的薄膜。利用电子探针（EPMA）、原子力显微镜（AFM）和X射线衍射（XRD）对薄膜的成分、表面形貌和晶体结构进行系统表征。结果表明：CdxZn1-xO（0≤x≤0.179）薄膜具有C轴择优取向，随着Cd含量增加，薄膜半峰宽（FWHM）变大，表面粗糙度增加，当x=0.108时出现相分离。透射光谱测试表明，通过调节Cd含量实现了对Cd，Zn1-xO的薄膜能带的调节。     

MgxZn1-xO单晶薄膜和MgZnO/ZnO异质结构的光学性质

报道了利用等离子辅助分子束外延技术,在蓝宝石c平面上外延生长的MgxZn1-xO单晶薄膜以及MgZnO/ZnO异质结构的光学性质.室温下随着Mg浓度增加,合金薄膜样品的发光峰与吸收边均向高能侧移动.研究了样品紫外发光的起因,将MgxZn1-xO合金薄膜的发光归结为束缚激子的复合.在Mg0.08Zn0.92O/ZnO样品中,观察到了分别来自于ZnO层和MgZnO盖层的发光和吸收,并将其归因于来自ZnO层的自由激子和MgZnO盖层的束缚激子发射.     

MgZnO/ZnO p-n异质结的制备与特性

通过金属有机化学气相沉积(MOCVD)法在GaAs衬底上制备出了MgZnO/Zn0的p-n异质结,并研究了其I-V特性:开启电压约为3.6V,结特性良好.比较了n型ZnO层与P型MgxZn1-xO层的电阻率、迁移率和载流子浓度.ZnO层的电阻率很小,载流子浓度很大;而Mgxzn1-xO层的电阻率却大幅度的增加,载流子浓度较ZnO层小了一个数量级.通过对其n型与P型层的光致发光(PL)谱的测试发现,ZnO层与Mgxzn1-xO层分别在382和370nm处存在着由自由激子复合而导致的紫外发光峰,为近带边发光.MgxZn1-xO的紫外峰明显弱于ZnO样品的,这是由于MgZnO合金中易形成分相所造成的,所以现阶段其晶体质量还不能与ZnO的相比.另外,两样品在480nm附近都存在着比较弱的深能级发光峰,这是晶体的本征缺陷或其他杂质的引入造成的,并对样品进行了X射线衍射(XRD)谱与电致发光(EL)谱等测试与分析.     

MgZnO/ZnO p-n异质结的制备与特性

通过金属有机化学气相沉积(MOCVD)法在GaAs衬底上制备出了MgZnO/Zn0的p-n异质结,并研究了其I-V特性:开启电压约为3.6V,结特性良好.比较了n型ZnO层与P型MgxZn1-xO层的电阻率、迁移率和载流子浓度.ZnO层的电阻率很小,载流子浓度很大;而Mgxzn1-xO层的电阻率却大幅度的增加,载流子浓度较ZnO层小了一个数量级.通过对其n型与P型层的光致发光(PL)谱的测试发现,ZnO层与Mgxzn1-xO层分别在382和370nm处存在着由自由激子复合而导致的紫外发光峰,为近带边发光.MgxZn1-xO的紫外峰明显弱于ZnO样品的,这是由于MgZnO合金中易形成分相所造成的,所以现阶段其晶体质量还不能与ZnO的相比.另外,两样品在480nm附近都存在着比较弱的深能级发光峰,这是晶体的本征缺陷或其他杂质的引入造成的,并对样品进行了X射线衍射(XRD)谱与电致发光(EL)谱等测试与分析.     

适用SAW器件的ZnO/Ti/Si薄膜制备及缺陷分析

在Si(100)衬底和Ti/Si(100)衬底上分别制备了ZnO薄膜,探讨了Ti缓冲层对ZnO薄膜结构和缺陷的影响,利用X射线衍射(XRD)测试了ZnO薄膜的晶体结构及择优取向,利用原子力显微镜(AFM)观察ZnO薄膜的表面粗糙度(RMS),利用光致发光(PL)光谱检测了ZnO薄膜的缺陷,利用四探针法测试了ZnO薄膜的电阻率。结果表明,在Ti/Si(100)衬底上、衬底温度350℃的条件下,制备的ZnO薄膜表面光滑、缺陷少、电阻率高且具有高C轴取向。本文这一工作对于压电薄膜缺陷分析及高性能ZnO的声表面波(SAW)器件研制有重要意义。     

氧化锌薄膜体声波谐振器的研制

介绍了一种薄膜体声波谐振器和它的制备流程.该谐振器采用氧化锌压电薄膜作为压电材料,通过从硅片背部体刻蚀硅衬底的方法得到谐振器的支持层.为了避免残余应力引起的支持层起皱现象,采用氮化硅/二氧化硅/氮化硅复合膜作为支持层.采用直流磁控溅射的方法制备氧化锌压电薄膜,X射线衍射结果显示,氧化锌压电薄膜C轴择优取向明显,衍射峰半高宽为0.227 3°,显示出较好的结晶质量;扫描电镜观察到氧化锌垂直于薄膜表面的柱形晶粒结构,薄膜表面平整、致密.采用HP8753D射频网络分析仪对该薄膜体声波谐振器样品进行了测试,结果表明,谐振器具有明显的厚度伸缩振动模式,其基频在750 MHz左右,二次谐频在1.5 GHz左右.进一步提高氧化锌压电薄膜的性能,该谐振器可用于射频振荡源和射频前端滤波器中.     

c轴择优取向ZnO薄膜RF溅射工艺研究

通过射频磁控溅射在Si(100)基片上制备了ZnO薄膜,该文着重研究了磁控溅射中各生长参数如衬底温度、氧分压及后处理工艺等因素对氧化锌薄膜结晶性能、表面形貌、择优取向与微结构的影响,并对溅射工艺与取向、结构的关系进行了分析比较,从而确定了最佳溅射及后处理条件并获得了c轴择优取向的ZnO薄膜。     

MOCVD法制备MgZnO合金薄膜

采用金属有机化学气相沉积方法在C面蓝宝石衬底上生长MgxZn1-xO合金薄膜.c轴取向的MgxZn1-xO薄膜在600.～630℃温度下沉积.通过X射线衍射和透射光谱研究了薄膜的结构和光学特性.研究表明当x的取值小于等于0.39时,合金薄膜保持ZnO的六角形纤锌矿结构,没有观察到MgO分相,此时薄膜的能带宽度可以在3.3～3.95eV之间调节.     

MOCVD法制备MgZnO合金薄膜

采用金属有机化学气相沉积方法在C面蓝宝石衬底上生长MgxZn1-xO合金薄膜.c轴取向的MgxZn1-xO薄膜在600.～630℃温度下沉积.通过X射线衍射和透射光谱研究了薄膜的结构和光学特性.研究表明当x的取值小于等于0.39时,合金薄膜保持ZnO的六角形纤锌矿结构,没有观察到MgO分相,此时薄膜的能带宽度可以在3.3～3.95eV之间调节.     

直流磁控溅射法制备本征ZnO薄膜及光伏应用研究

采用直流磁控溅射法制备了ZnO薄膜,研究了沉积过程中变换氧分压对薄膜光电性能的影响.采用XRD、紫外可见光分光光度计及AFM等方法对薄膜的结构和光电性质进行了表征.结果表明,ZnO薄膜在可见光范围内的透过率可达88％,并且随着氧分压的增大,薄膜的透过率也增大;制备出的ZnO薄膜表面粗糙度为0.41 nm.在glass/ITO/CdS/CdTe结构的太阳电池中,将本征ZnO薄膜作为高阻层加入到ITO与CdS之间,电池的开路电压和填充因子有明显的提高,加入高阻层之后,电池的转换效率最高可达13.6％.     

MOCVD法制备MgZnO合金薄膜

采用金属有机化学气相沉积方法在C面蓝宝石衬底上生长MgxZn1-xO合金薄膜.c轴取向的MgxZn1-xO薄膜在600～630℃温度下沉积. 通过X射线衍射和透射光谱研究了薄膜的结构和光学特性. 研究表明当x的取值小于等于0.39时，合金薄膜保持ZnO的六角形纤锌矿结构，没有观察到MgO分相，此时薄膜的能带宽度可以在3.3～3.95eV之间调节.     

PLD法合成MgxZn1-xO纳米柱阵列

使用脉冲激光沉积法(PLD)在Si(100)衬底上无催化生长出了MgxZn1-xO纳米柱阵列.扫描电镜结果发现:在较大的范围内,直径为30～50nm、长度约为60nm均匀分布的纳米柱阵列生长在一层厚度约为70nm的纳米晶薄膜上.XRD结果中的(002)峰和PL谱中的带边发射峰相对于纯ZnO薄膜都发生了不同程度的偏移,表明了Mg组分的掺入改变了ZnO的晶格常数和带隙宽度.分析了MgxZn1-xO纳米柱的生长机制.     

MgxZn1-xO薄膜的折射率及三阶非线性研究

利用电子束蒸发反应沉积技术，在蓝宝石和硅化玻璃衬底上生长得到MgxZn1-xO薄膜。立方相MgxZn1-xO（0．55≤x≤1．00）薄膜的折射率通过透射光谱技术和Manifacier方法计算得到。与六方相MgxZn1-xO薄膜相似，在400～800nm波长范围内，立方相MgxZn1-xO薄膜的折射率色散关系遵循最小平方根的一阶Sellmeier色散方程。不同组分的MgxZn1-xO薄膜的三阶非线性极化率采用光克尔效应（OKE）技术测试获得。六方-立方双晶相结构的Mg0.37Zn0.63O薄膜具有最大的三阶非线性极化率，其原因可归功于薄膜微结构中六方和立方晶相分离所导致的晶粒散射。     

PLD法合成MgxZn1-xO纳米柱阵列

使用脉冲激光沉积法(PLD)在Si(100)衬底上无催化生长出了MgxZn1-xO纳米柱阵列.扫描电镜结果发现:在较大的范围内,直径为30～50nm、长度约为60nm均匀分布的纳米柱阵列生长在一层厚度约为70nm的纳米晶薄膜上.XRD结果中的(002)峰和PL谱中的带边发射峰相对于纯ZnO薄膜都发生了不同程度的偏移,表明了Mg组分的掺入改变了ZnO的晶格常数和带隙宽度.分析了MgxZn1-xO纳米柱的生长机制.     

对不同制备方法下的ZnO基薄膜晶体管透过率的研究

文章主要是研究采用磁控溅射和电子束热蒸发两种制备方法来制备ZnO—TFT器件，并通过XRD和透射光谱来对样品的性质进行分析比较，得出采用溅射法制备的ZnO-TFT器件有源层的ZnO薄膜从结晶化程度、表面粗糙度及透过率都较采用电子束蒸发制得的ZnO薄膜优异，其有较好的c-axis（002）方向择优取向，器件的平均透过率在85％以上。并研究了退后处理对器件性能的影响，并发现快速热退火有利于薄膜的晶化，降低缺陷态密度。