退火对Al掺杂ZnO薄膜材料结构性能和表面形貌的影响研究

采用无机盐溶胶-凝胶方法在载玻片衬底上制备了ZnO:Al薄膜,利用X射线衍射(XRD)和原子力显微镜(AFM)研究了退火温度和退火时间对ZnO:Al薄膜结构和形貌的影响.结果显示,ZnO:Al薄膜为六角纤锌矿晶体结构,具有很高的沿C轴的(002)择优取向,随退火温度的升高或退火时间的适当延长,衍射峰的半高宽减小、强度增强,晶粒尺寸增大.结果表明,通过适当控制退火温度和退火时间可以得到高质量的ZnO:Al薄膜.     

Ag掺杂浓度对ZnO纳米花荧光增强的影响

采用水浴与光照相结合的方法制备了Ag/ZnO纳米复 合结构,研究了不同Ag掺杂浓度对 ZnO发光强度的影响。通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和光致发光 (PL)光谱对Ag/ZnO纳米复合物的结构、形貌和光学性能进行了研究。SEM表明,由水浴法制 得的ZnO纳米花结构长约1.0μm,直径为200nm左右。XRD结果显示,Ag掺杂后Ag/ZnO 纳米复合结构衍射峰的强度都增强,当掺杂浓度为0.153wt%时,在38.28°出现了Ag₂O的衍射峰。PL表明,Ag浓度极大影响了ZnO紫外发光强度。当Ag的掺杂 浓度为0.051wt% 时,Ag/ZnO纳米复合结构具有最强的紫外发射强度,同未掺杂的ZnO相比,紫外发光强度提 高了11倍。研究结果表明,利用Ag纳米颗粒的局域表面等离子共振(LSPR)特性增强了ZnO纳 米结构的荧光强度,从而提高了荧光检测的灵敏度。     

退火对ZnO薄膜结构及缺陷的影响

采用射频反应磁控溅射法在Si(111)基片上制备了高度c轴择优取向的ZnO薄膜,采用X线衍射(XRD)、X线光电子能谱(XPS)分析方法研究了退火对ZnO薄膜结构及缺陷的影响.结果表明,随着退火温度的上升,薄膜的择优取向及取向一致性更好,晶化程度增高,晶粒尺寸变大.退火使更多的Zn间隙原子回到晶格位置,并弥补薄膜中氧的...     

溶胶-凝胶法制备Al3+掺杂ZnO薄膜的结构和光学性能

采用无机盐溶胶-凝胶方法在载玻片衬底上制备了ZnO:Al薄膜,利用X射线衍射(XRD)、紫外-可见光透射光谱(UV-Vis transmittance spectrum)和扫描电镜(SEM)研究了退火温度和Al3+掺杂浓度对ZnO:Al薄膜结构和光学性能的影响.结果表明,随退火温度的升高或进行适当浓度的Al3+掺杂,可...     

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.     

退火温度对ZnO/PZT薄膜结构及电阻率的影响

采用射频反应磁控溅射法在Pb(Zr0.52Ti0.48)O3(PZT)/Pt/Ti/SiO2/Si基片上制备了ZnO薄膜,利用X线衍射仪(XRD)、原子力显微镜(AFM)、霍尔效应测试系统等对不同退火温度下制备薄膜的结构、形貌及电阻率等进行了分析表征。结果表明,退火温度600℃的ZnO薄膜(002)择优取向较好,晶粒大小均匀,表面平整致密。随着退火温度的增大,电阻率先下降后升高,600℃时ZnO薄膜电阻率达最小。     

ZnO/Si纳米孔柱阵列的真空蒸镀及其光致发光特性

以硅纳米孔柱阵列(Si-NPA)为衬底,通过采用真空蒸镀技术沉积金属锌,再在纯氧气氛中进行氧化退火的方法,制备出具有阵列特征的ZnO/Si-NPA异质结构材料.研究发现,ZnO/Si-NPA的表面形貌、结构和光致发光特性强烈依赖于氧化退火温度.当氧化退火温度低于400 ℃时,样品的发光主要来自于Si-NPA衬底;当氧化退火温度高于700 ℃时,样品的发光主要来自于ZnO薄膜;经过600 ℃氧化退火的样品则同时包含有来自于Si-NPA和ZnO薄膜的发光.上述结果表明,通过控制ZnO/Si-NPA制备过程中的氧化退火温度,可以在一定程度上实现对其光致发光谱的有效调控.这对未来制备具有特定功能的半导体光电器件具有重要的实际意义.     

磁控溅射法在LiNbO3衬底上制备ZnO薄膜及性能研究

采用磁控溅射法在(001)LiNbO3衬底上制备了ZnO薄膜,并对其进行了退火处理.利用X射线衍射仪(XRD)、紫外一可见光谱仪和光致发光谱(PL)对ZnO薄膜的结构和光学性能进行了分析.结果表明,ZnO薄膜具有(002)的择优取向,退火后ZnO薄膜的(002)衍射峰的强度增强,半高宽减小,(002)峰向高角度方向移动.退火后样品可见光透过率增加,光学带隙发生红移.退火后的样品,紫外发光峰强度增强,可见光发光峰强度相对减弱.     

退火温度对ZnO掺杂ITO薄膜性能的影响

利用电子束蒸镀方法,在K8玻璃衬底上沉积ZnO掺杂ITO(ZnO-ITO)与ITO薄膜。研究不同退火温度对ZnO-ITO薄膜的微观结构的影响;对比分析了在不同退火温度条件下,ZnO-ITO和无掺杂ITO薄膜的光电性能。结果发现,ZnO-ITO薄膜具有较大的晶粒尺寸,随着退火温度的上升,晶体结构得到改善,表面粗糙度减小,薄膜的光电性能显著提高。ZnO-ITO薄膜经过500℃退火后得到最佳的综合性能,其表面均方根粗糙度(RMS)为32.52nm,电阻率为1.43×10-4Ω.cm;对442nm波长的光,透射率可达98.37%;与ITO薄膜相比,ZnO-ITO薄膜具有显著的抗PEDOT:PSS溶液腐蚀的能力。     

退火对射频磁控溅射氧化锌薄膜性能的影响

采用射频磁控溅射技术在SiO2/Si上淀积高c轴取向的ZnO薄膜,在氧气和氩气的混合气氛、不同温度(400~900℃)下进行快速热退火处理。利用X-射线衍射(XRD)、原子力显微镜(AFM)、扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)对薄膜结构、形貌与界面状态性能进行了分析。研究结果表明,ZnO薄膜的晶粒尺寸随着退火温度的升高而增大,衍射峰强度增强,峰位随之偏移;SEM分析显示薄膜呈柱状生长,表现出较好的c轴取向性;TEM分析表明ZnO与下电极Pt是呈共格生长,晶格匹配很好。     

PLD法制备ZnO薄膜的退火特性和蓝光机制研究

通过脉冲激光沉积(PLD)方法,在O2中和100～500℃衬底温度下,用粉末靶在Si(111)衬底上制备了ZnO薄膜,在300℃温度下生长的薄膜在400～800℃温度和N2氛围中进行了退火处理,用X射线衍射(XRD)谱、原子力显微镜(AFM)和光致发光(PL)谱表征薄膜的结构和光学特性。XRD谱显示,在生长温度300℃时获得较好的复晶薄膜,在退火温度700℃时获得最好的六方结构的结晶薄膜;AFM显示,在此退火条件下,薄膜表面平整、晶粒均匀;PL谱结果显示,在700℃退火时有最好的光学特性。     

PLD法生长Al_2O_3基ZnO薄膜的特性

在不同衬底温度下,用脉冲激光沉积法(PLD),在Al2O3(0001)平面上生长了ZnO薄膜。研究了衬底温度对其结晶质量、电学性质以及发光性质的影响。结果显示:XRD在2θ为34°处出现了唯一的ZnO(0002)衍射峰;ZnO薄膜的电阻率随衬底温度的升高而增大;在衬底温度为500℃时,出现了位于410nm附近的特殊的光致发光(PL)峰。     

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.     

Fabrication of Ag nanoparticle/ZnO thin films using dual-plasma-enhanced metal-organic chemical vapor deposition (DPEMOCVD) system incorporated with photoreduction method and its application

We report a novel method to grow silver nanoparticle/zinc oxide (Ag NP/ZnO) thin films using a dual-plasma-enhanced metal-organic chemical vapor deposition (DPEMOCVD) system incorporated with a photoreduction method. The crystalline quality, optical properties, and electrical characteristics of Ag NP/ZnO thin films depend on the AgNO₃ concentration or Ag content and annealing temperature. Optimal Ag NP/ZnO thin films have been grown with a AgNO₃ concentration of 0.12 M or 2.54 at%- Ag content and 500 °C- rapid thermal annealing (RTA); these films show orientation peaks of hexagonal-wurtzite-structured ZnO (002) and face-center-cubic-crystalline Ag (111), respectively. The transmittance and resistivity for optimal Ag NP/ZnO thin films are 85% and 6.9×10⁻⁴ Ω cm. Some Ag NP/ZnO transparent conducting oxide (TCO) films were applied to InGaN/GaN LEDs as transparent conductive layers. The InGaN/GaN LEDs with optimal Ag NP/ZnO TCO films showed electric and optical performance levels similar to those of devices fabricated with indium tin oxide.     

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。     

热氧化法制备ZnO薄膜及其特性研究

用热氧化金属Zn膜的方法在Si(111)衬底上制备ZnO薄膜。X射线衍射结果表明,500℃氧化的样品的结晶性能最好。随氧化温度的升高,薄膜内的应力方向在450~500℃之间发生转变,从沿c轴的张应力变为压应力。500℃氧化的样品的室温光致发光(PL)谱中,紫外峰的半高宽为94.8meV,其强度与深能级发射强度之比高达162。氧化温度超过700℃后,样品的PL谱以深能级发射为主,对此现象产生的原因进行了讨论。     

ZnO:Ag薄膜的制备及其光学性能研究

采用蒸镀与氧化二步法,以高纯混合金属Zn:Ag作蒸发源,在石英衬底上沉积Zn:Ag金属薄膜,经不同热氧化处理生长Ag掺杂ZnO薄膜。结果显示,以Ag含量为质量分数3%的蒸发源沉积的Zn:Ag薄膜经500℃氧化后,生成的ZnO:Ag薄膜在380 nm附近出现很强的近带边紫外发光峰,在438~470 nm附近出现较弱的深能级缺陷发光峰,该薄膜在360 nm有接近垂直的吸收边,其载流子浓度为1.810×1021cm–3,表现出p型导电特性和较好的光学质量。     

ZnO薄膜的结构与光学性能研究

采用sol-gel法在石英衬底上制备了ZnO薄膜,通过改变溶胶浓度、涂敷层数及退火温度,研究了ZnO薄膜的形貌、结构性能及光学性能。结果表明,薄膜具有六方纤锌矿结构,表面均匀致密,晶粒大小在25～35nm之间,Zn含量为0.8mol/L的溶胶经旋涂并在500℃下退火1h后可获得最高的可见光透射率,平均透射率约为94%。获得的ZnO薄膜的光学带隙在3.27～3.29eV之间。     

IWO缓冲层对MOCVD-ZnO:B薄膜性能的影响研究

金属有机化学气相沉积(MOCVD)技术生长的绒面ZnO透明导电(ZnO-TCO)薄膜应用于Si基薄膜太阳电池上能够形成"陷光结构",以提高薄膜太阳电池效率和稳定性。本文将电子束反应蒸发技术生长的掺W的In2O3(In2O3:W,(IWO)薄膜作为缓冲层,应用于MOCVD-ZnO:B薄膜与玻璃之间,可促进ZnO:B薄膜的生长,并且有效提升薄膜的光散射特性。当IWO缓冲层厚度为20nm时,获得的IWO/ZnO:B薄膜的电阻率为2.07×10-3Ω.cm,迁移率为20.9cm2.V-1.s-1,载流子浓度为1.44×1020 cm-3;同时,薄膜具有的透过率大于85%,且在550nm处绒度较ZnO:B薄膜提高了约9.5%,在800nm处绒度较ZnO:B薄膜提高了约4.5%。     

退火温度对ZnS/PS薄膜的晶体结构和光电性质的影响

用脉冲激光沉积法(PLD)在多孔硅(PS)衬底上生长ZnS薄膜,分别在300℃、400℃和500℃下真空退火。用X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)研究了退火对ZnS薄膜的晶体结构和表面形貌的影响,并测量了ZnS/PS复合体系的光致发光(PL)谱和异质结的I-V特性曲线。研究表明,ZnS薄膜仅在28.5°附近存在着(111)方向的高度取向生长,由此判断薄膜是单晶立方结构的-βZnS。随着退火温度的升高,-βZnS的(111)衍射峰强度逐渐增大,且ZnS薄膜表面变得更加均匀致密,说明高温退火可以有效地促进晶粒的结合并改善结晶质量。ZnS/PS复合体系的PL谱中,随着退火温度升高,ZnS薄膜的自激活发光强度增大,而PS的发光强度减小,说明退火处理更有利于ZnS薄膜的发光。根据三基色叠加的原理,ZnS的蓝、绿光与PS的红光相叠加,ZnS/PS体系可以发射出较强的白光。但过高的退火温度会影响整个ZnS/PS体系的白光发射。ZnS/PS异质结的I-V特性曲线呈现出整流特性,且随着退火温度的升高其正向电流增加。