Effects of Thickness on Properties of ZnO Films Grown on Si by MOCVD

采用金属有机化学气相沉积方法,在Si(100)衬底上生长出具有高度C轴择优取向的ZnO薄膜.通过X射线衍射、原子力显微镜和室温光致发光谱研究了厚度对ZnO薄膜的结构、表面和光学性能的影响.X射线衍射图显示ZnO薄膜只有单一的(0002)峰,具有高度择优取向.AFM和PL测试表明,在取样薄膜厚度范围内,薄膜的表面质量和发光性能没有随着薄膜厚度的增加而提高.这是因为薄膜在厚度增加的生长过程中,生长模型变化且晶粒增大.     

Al薄膜对(002)ZnO/Al/Si结构基片中ZnO薄膜特性影响的实验研究

采用射频磁控溅射法沉积制备了(002)ZnO/A l/Si复合结构。研究了Al薄膜对(002) ZnO/Al/Si复合结构的声表面波器件(SAWD)基片性能影响以及当ZnO 薄膜厚度一定时的Al膜最佳厚度。采用X射线衍射(XRD)对Al和ZnO薄膜进行了结构表征 ,采用 扫描电镜(SEM)对ZnO薄膜进行表面形貌表征,并从薄膜生长机理角度进行了分析。结果 表明,加Al薄膜有利于ZnO薄膜按(002)择优取向生长,并且ZnO 薄膜的结晶性能提高;与(002)ZnO/Si结构基片相比,当Al薄膜 厚为100nm时,(002)ZnO/Al/Si结构中ZnO薄 膜的机电耦合系数提高 了65%。     

(Li,Mg):ZnO薄膜的溶胶-凝胶法制备及特性表征

利用溶胶-凝胶旋涂制膜方法制备了具有良好表面形貌及c轴择优取向性的(Li,Mg):ZnO薄膜.重点研究了该法制膜时不同膜厚(Li,Mg):ZnO薄膜的结构及光学性质.扫描电子显微镜(SEM)图像及X射线衍射(XRD)图谱分析结果表明随着膜厚的增加,薄膜晶粒尺寸逐渐增大,薄膜的晶化程度及c轴择优取向性增强.但薄膜厚度的增加是有一定范围的,当薄膜厚度过大时,薄膜均匀性、致密性及c轴择优取向性显著下降.样品的荧光光致发光(PL)谱表明,Mg的掺入使近紫外发光峰出现了蓝移,恰当膜厚的(Li,Mg):ZnO薄膜发光特性主要以深能级发射(DLE)为主,蓝绿发光峰强度很高.     

Ti-Al共掺ZnO薄膜的应力、结构和光电性能研究

利用直流磁控溅射工艺,在水冷玻璃衬底上成功沉积出了高透光、低电阻率的Ti-Al共掺ZnO(TAZO)透明导电薄膜.X射线衍射(XRD)研究结果表明,TAZO薄膜为具有c轴择优取向的六角纤锌矿结构多品薄膜.研究了TAZO薄膜的应力、结构以及光电性能与薄膜厚度的关系,结果表明.当薄膜厚为531 nm时,薄膜晶格畸变最小,具...     

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.     

RF磁控溅射法原位制备C轴择优取向ZnO薄膜

采用RF磁控溅射法在玻璃衬底上原位低温生长ZnO薄膜.生长出的薄膜对可见光具有高于90%的透射率,该薄膜具有良好的C轴取向.利用X射线衍射(XRD)的测试结果,分析了溅射工艺条件如衬底温度、氩氧比和溅射气压等对薄膜性能的影响,得到最佳的生长工艺条件为:衬底温度300 ℃,溅射气压1 Pa,氩氧比为25 sccm∶15 sccm.在此条件下生长的ZnO薄膜具有良好的C轴择优取向,并且薄膜的结晶性能良好.采用这种方法制备的ZnO薄膜适合用于制备平板显示器的透明薄膜晶体管和太阳电池的透明导电电极.     

m面蓝宝石衬底上ZnO外延薄膜的性能

采用自行研制的CVD设备在m面蓝宝石衬底上成功生长了微米级的ZnO外延薄膜.采用X射线衍射(XRD)和双晶X射线摇摆曲线(DXRD)研究了所生长ZnO薄膜的结构特征.利用扫描电子显微镜(SEM)观测了ZnO样品的截面,并测得其厚度.同时利用室温光致发光(PL)谱及霍尔(Hall)测试研究了ZnO外延薄膜的光学性质和电学性质.     

m面蓝宝石衬底上ZnO外延薄膜的性能

采用自行研制的CVD设备在m面蓝宝石衬底上成功生长了微米级的ZnO外延薄膜.采用X射线衍射(XRD)和双晶X射线摇摆曲线(DXRD)研究了所生长ZnO薄膜的结构特征.利用扫描电子显微镜(SEM)观测了ZnO样品的截面,并测得其厚度.同时利用室温光致发光(PL)谱及霍尔(Hall)测试研究了ZnO外延薄膜的光学性质和电学性质.     

NH3掺杂ZnO薄膜的生长及特性

采用金属有机物化学气相沉积(MOCVD)方法,以NH3作为N元素的掺杂源,在蓝宝石衬底上生长了掺N的ZnO薄膜.利用X射线衍射、X射线光电子能谱、原子力显微镜、霍尔测量及先致荧光光谱等测试技术分析了薄膜的结晶性质、表面形貌、光电性质及掺杂元素N的价键特性.结果表明,NH3 的掺杂会影响ZnO薄膜的结晶特性,薄膜虽然仍是(002) 面择优取向生长,但同时也出现了ZnO的(100)及(101)面生长.在薄膜生长时N元素掺入到ZnO薄膜当中,并形成N-Zn、N-H、N-C键.C、H杂质的存在,使掺N ZnO薄膜表现为高阻,同时也影响了薄膜的光致发光特性.     

(Li,Mg)∶ZnO薄膜的溶胶-凝胶法制备及特性表征

利用溶胶-凝胶旋涂制膜方法制备了具有良好表面形貌及c轴择优取向性的(Li,Mg)∶ZnO薄膜。重点研究了该法制膜时不同膜厚(Li,Mg)∶ZnO薄膜的结构及光学性质。扫描电子显微镜(SEM)图像及X射线衍射(XRD)图谱分析结果表明随着膜厚的增加,薄膜晶粒尺寸逐渐增大,薄膜的晶化程度及c轴择优取向性增强。但薄膜厚度的增加是有一定范围的,当薄膜厚度过大时,薄膜均匀性、致密性及c轴择优取向性显著下降。样品的荧光光致发光(PL)谱表明,Mg的掺入使近紫外发光峰出现了蓝移,恰当膜厚的(Li,Mg)∶ZnO薄膜发光特性主要以深能级发射(DLE)为主,蓝绿发光峰强度很高。     

激光重复频率对ZnO薄膜发光特性的影响

在不同激光重复频率下用脉冲激光沉积方法(PLD)在Si (111)衬底上生长了ZnO薄膜, 以325 nm He-Cd激光器为激发源获得了薄膜的荧光光谱以研究其发光特性, 用X射线衍射仪(XRD)和原子力显微镜(AFM)研究了薄膜的晶体结构和表面形貌, 结果表明, 在激光重复频率为5 Hz时薄膜不仅具有良好的结晶质量, 同时也具有优异的紫外发光特性。对于相同的生长时间, 通过分析薄膜的厚度和激光脉冲频率的关系发现：每一个激光脉冲并不对应于薄膜的一个生长瞬间, 而是能够在较长的时间内维持薄膜生长的必要成分和分压。     

ZnO Grown on (111) ZnS Substrates by Plasma-Assisted Molecular Beam Epitaxy

ZnO thin films have been grown by plasma-assisted molecular beam epitaxy on (111) ZnS substrates. The films grown on Zn-face substrates showed better structural and optical properties compared with those grown on S-face substrates, as demonstrated by x-ray diffraction and photoluminescence measurements. Scanning electron microscopy measurements indicated that ZnO films grown on Zn-face substrates also have smoother surface morphology. It is also found that higher growth temperature yields films with better quality.     

A study of cracking in GaN grown on silicon by molecular beam epitaxy

It is observed that GaN layers grown on silicon substrates often crack. The crack characteristics in hexagonal GaN films on Si(111) has been characterized using scanning electron microscopy and Nomarski optical microscopy. The effects of growth temperature, layer thickness, and V/III ratios on the cracking have been analyzed. The critical thickness for crack initiation was estimated using a simple theoretical model and is shown to have good agreement with experimental results. Crack-free GaN on Si(111) of thicknesses greater than one micron is possible by using low growth temperatures.     

Growth and Optical Properties of ZnO Films and Quantum Wells

研究了用MOCVD法在蓝宝石(Al2O3)(0001)和(1120)衬底上制备ZnO薄膜时的生长特性.详细研究了采用Al2O3(0001)衬底时生长温度与压力的影响.由于存在比较大的晶格失配,一般容易得到ZnO纳米结晶,不容易获得既平坦且质量又好的ZnO薄膜.生长温度对薄膜-衬底界面的生长模式有很大的影响;而生长压力对ZnO纳米结晶的形状有决定性作用.通过适当控制生长温度及压力,可以得到ZnO薄膜或不同形状的纳米结构.当采用Al2O3(1120)衬底时,由于晶格失配较小,能保持平坦层状生长,临界膜厚远远大于采用Al2O3(0001)衬底的结果.在Al2O3(1120)衬底上制作了ZnO/MgZnO量子阱并研究了其光学特性.观察到了量子化能级间以及在载流子间的跃迁引起的发光.由压电效应引起的内建电场约为3×105V/cm.同时发现采用低温低压生长可以增大ZnO中受主杂质浓度,有利于获得p型ZnO.     

ZnO薄膜和量子阱的生长及光学特性

研究了用MOCVD法在蓝宝石(Al2O3)(0001)和(1120)衬底上制备ZnO薄膜时的生长特性.详细研究了采用Al2O3(0001)衬底时生长温度与压力的影响.由于存在比较大的晶格失配,一般容易得到ZnO纳米结晶,不容易获得既平坦且质量又好的ZnO薄膜.生长温度对薄膜-衬底界面的生长模式有很大的影响;而生长压力对ZnO纳米结晶的形状有决定性作用.通过适当控制生长温度及压力,可以得到ZnO薄膜或不同形状的纳米结构.当采用Al2O3(1120)衬底时,由于晶格失配较小,能保持平坦层状生长,临界膜厚远远大于采用Al2O3(0001)衬底的结果.在Al2O3(1120)衬底上制作了ZnO/MgZnO量子阱并研究了其光学特性.观察到了量子化能级间以及在载流子间的跃迁引起的发光.由压电效应引起的内建电场约为3×105V/cm.同时发现采用低温低压生长可以增大ZnO中受主杂质浓度,有利于获得p型ZnO.     

柔性衬底硅薄膜太阳电池中ZGO薄膜的应用

在室温下,采用孪生对靶直流磁控溅射工艺,在玻璃衬底上制备出高质量的Ga掺杂ZnO(ZnO:Ga)透明导电膜。研究了薄膜厚度对薄膜的结构、光学及电学特性的影响。制备的ZnO:Ga是具有六角纤锌矿结构的多晶薄膜,最佳择优取向为(002)方向。随着薄膜厚度的增加,衍射峰明显增强,晶粒增大。优化反应条件,薄膜的电阻率达到4.69×10-4Ω.cm,在可见光范围内平均透过率达到了85%以上。将不同厚度的ZnO:Ga薄膜(350～820 nm)在柔性聚酰亚胺衬底nip非晶硅(a-Si)薄膜太阳电池中,随厚度的增加,电池的填充因子和效率都得到了提高,得到聚酰亚胺衬底效率7.09%的a-Si薄膜太阳电池。     

Improvement in crystal quality of ZnO film on Si substrate by using a homo-buffer layer

ZnO thin films without and with a homo-buffer layer have been prepared on Si(1 1 1) substrates by pulsed laser deposition (PLD) under various conditions. Photoluminescence (PL) measurement indicates that the optical quality of ZnO thin film is dramatically improved by introducing oxygen into the growth chamber. The sample deposited at 60 Pa possesses the best optical properties among the oxygen pressure range studied. X-ray diffraction (XRD) results show that the films directly deposited on Si are of polycrystalline ZnO structures. A low-temperature (500 °C) deposited ZnO buffer layer was used to enhance the crystal quality of the ZnO film. Compared to the film without the buffer layer, the film with the buffer layer exhibits aligned spotty reflection high-energy electron diffraction (RHEED) pattern and stronger near-band-edge emission (NBE) with a smaller full-width at half-maximum (FWHM) of 98 meV. The structural properties of ZnO buffer layers grown at different temperatures were investigated by RHEED patterns. It is suggested that the present characteristics of the ZnO epilayer may be raised further by elevating the growth temperature of buffer layer to 600 °C.     

用MOCVD方法在GaAs衬底上低温生长ZnO薄膜

采用二乙基锌(DEZn)和水(H2O)作为生长源,利用金属有机化学气相沉积(MOCVD)的方法,在100～400℃低温范围内,在GaAs(001)衬底上制备了ZnO薄膜.利用X射线衍射(XRD),室温PL,AFM,SEM研究了薄膜的晶体结构特性、发光特性及表面形貌特性.XRD分析表明ZnO薄膜具有很强的c轴取向,(002)峰的FWHM平均值为0.3°.当生长温度达到400℃时从SEM测量结果可以观察到薄膜表面呈六角状结晶.随着生长温度的升高,薄膜的晶粒尺寸变大,结晶质量得到提高但同时表面变粗糙.室温PL测量显示薄膜在370nm附近有强的近带边发射,没有观测到深能级发射峰.     

ZnO nanotips grown on Si substrates by metal-organic chemical-vapor deposition

The ZnO nanotips are grown on silicon and silicon-on-sapphire (SOS) substrates using the metal-organic chemical-vapor deposition (MOCVD) technique. The ZnO nanotips are found to be single crystal and vertically aligned along the c-axis. In-situ Ga doping is carried out during the MOCVD growth. The ZnO nanotips display strong near-band edge photoluminescence (PL) emission with negligible deep-level emission. Free excitonic emission dominates the 77-K PL spectrum of the as-grown, undoped ZnO nanotips, indicating good optical properties and a low defect concentration of the nanotips. The increase of PL intensity from Ga doping is attributed to Ga-related impurity band emission. Photoluminescence quenching is also observed because of heavy Ga doping. ZnO nanotips grown on Si can be patterned through photolithography and etching processes, providing the potential for integrating ZnO nanotip arrays with Si devices.     

Si衬底和Si-SiO_2-Si柔性衬底上的GaN生长

使用MBE方法在Si(111)衬底和Si SiO2 Si柔性衬底上生长了GaN外延层 ,并对在两种衬底上生长的样品进行了对比分析 .在柔性衬底上获得了无裂纹的外延层 ,其表面粗糙度为 0 6nm .研究了GaN外延层中的应力及其光学性质 ,光致发光测试结果表明柔性衬底上生长的外延层中应力和杂质浓度明显低于直接生长在Si衬底上的样品的值 .研究结果显示了所用柔性衬底有助于改善GaN外延膜的质量