基于射频磁控溅射法制备ZnO薄膜研究

研究射频磁控溅射法制备ZnO薄膜,采用X射线衍射仪(XRD)和场发射扫描电子显微镜(SEM)研究溅射功率、溅射时间和退火温度对薄膜微结构特性的影响,并分析ZnO薄膜阻变特性。实验结果表明,沉积态薄膜择优取向为〈002〉晶向,随溅射功率和退火温度增加,择优取向显著增强,溅射功率120 W时薄膜生长速率可达4.8 nm/min,薄膜厚度92 nm的ZnO薄膜具有阻变特性且开关比可达104。     

退火对两种硅基薄膜的结构及发光影响

采用双离子束共溅射沉积方法制备了两种复合硅基薄膜SiOxCy和SiOxNy薄膜,对两种薄膜进行后退火处理,并分别对样品进行PL、FTIR、XPS谱测试分析,比较退火前后的发光及结构的变化。两种样品的光致发光测试谱(PL)表明:退火前后都有两个发光峰位-都存在470nm的发光峰位,它来自于硅基薄膜中中性氧空位缺陷(O3≡Si-Si≡O3),是由于氧原子配位的二价硅的单态-单态之间的跃迁所致,其发光强度随退火温度的升高而变化。进一步的FTIR和XPS的测试谱表明另外一个发光峰位420nm(SiOxCy薄膜)和400nm(SiOxNy薄膜)分别来自于掺杂杂质(C和N)与硅基薄膜中的Si、O组成的复合结构。而两种样品经过退火处理后掺杂所引起的发光峰位强度随退火温度的升高而增强,说明退火温度的升高有利于发光机制的形成。     

丝网印刷纳米ZnO薄膜阴极场致发射的研究

鉴于化学气相沉积生长方法成本高且很难制备出大面积均匀的纳米ZnO薄膜,采用成本低的丝网印刷方法制备了大面积纳米ZnO阴极薄膜.测试研究了分散、热烧结、退火处理对ZnO薄膜的场致发射特性的影响,提出了低成本丝网印刷制备大面积ZnO薄膜阴极热烧结和退火处理的工艺,根据样品的形貌、发射特性和均匀稳定发光的阳极可以判断,最高温度843K的热烧结和823K、10min的退火处理适实用于制作大面积纳米ZnO薄膜场致发射阴极.     

射频磁控溅射制备掺Al的纳米Si-SiO2复合薄膜及其光致发光特性

采用射频磁控技术和退火处理制备掺Al的纳米Si-SiO2复合薄膜.通过X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)和傅里叶变换红外光谱(FTIR)表征了薄膜的结构,组分和成键情况.掺Al在SiO2中造成氧空位,使薄膜光致发光强度增强,并出现新的发光峰.退火温度对掺Al薄膜的光致发光的峰位和峰强有较大影响.     

连续离子层吸附与反应法(SILAR)生长ZnO多晶薄膜的研究

采用连续离子层吸附与反应法(SILAR),以锌氨络离子([Zn(NH₃)₄]²⁺)为前驱体溶液,在玻璃衬底上沉积了ZnO薄膜,以XRD和SEM等手段分析了薄膜的晶体结构和表面、断面形貌,考察了空气气氛下的退火过程对ZnO薄膜晶体结构与微观形貌的影响,并初步探讨了以SILAR方法沉积ZnO薄膜的机理.结果表明,经200次SILAR沉积循环,所得ZnO薄膜为红锌矿结构的多晶薄膜,沿<002>方向择优生长;薄膜表面致密、光滑均匀,厚度约800nm.退火处理使ZnO薄膜氧缺位减少,晶粒沿c轴取向增强;随退火温度升高,锌间隙原子增加;500℃退火时,ZnO薄膜发生再结晶.减小前驱体溶液的[NH₃·H₂O]/[Zn²⁺]比率可提高ZnO薄膜生长速率.     

微纳结构ZnO荧光薄膜的电沉积及其物理特性研究

采用阴极电沉积法,以Zn(NO3)2水溶液为电解液,在透明导电玻璃ITO衬底上制备了ZnO薄膜,用X射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)分析了ZnO薄膜的微纳结构和表面形貌.用Fluoromax-P型荧光光谱仪测量了样品的室温光致发光光谱,观察到550hm处的黄绿光发射峰,认为与样品中由导带到氧填隙引起的浅受主能级的电子跃迁有关.对样品进行500℃真空退火,研究了退火前后薄膜的结构及导电性能的变化.结果表明,退火处理使薄膜的均匀性和结晶质量得到改善,导电性明显增强.此外,还观察了薄膜的阴极射线发光.     

氧氩比对磁控溅射ZnO薄膜结构及光致发光性能的影响

采用射频反应磁控溅射法以不同的氧氩比在玻璃衬底上制备了ZnO薄膜,并对薄膜进行了退火处理;利用X射线衍射仪（XRD）和原子力显微镜（AFM）分别对薄膜的物相组成和表面形貌进行了分析,利用荧光分光光度计对ZnO薄膜的室温光致发光（PL）谱进行了测试。结果表明：当氧氩气体积比为7∶5时,所制备的ZnO薄膜晶粒细小均匀,薄膜结晶质量最好;ZnO薄膜具有紫光、蓝光和绿光三个发光峰,随着氧氩比的增加,蓝光的发射强度增强,而紫光和绿光的发射强度先增强后减弱,当氧氩气体积比为7∶5时紫光和绿光的发射强度最强。     

退火对Cr3+离子掺杂Al2O3薄膜的结构及发光性能影响

用脉冲激光沉积技术在Si(100)基底上制备了纯Al2O3、掺杂浓度为0.3%、1%(质量分数)的Cr3+∶Al2O3薄膜。制备态的薄膜为立方γ-Al2O3结构,经800℃真空条件下退火1h样品的结晶度有所提高,呈现α-Al2O3相与γ-Al2O3相的衍射峰。薄膜基本保持了靶材中原有各元素成分比例,平均粒径为250nm,形貌为条形。与Al2O3粉体相比,制备态薄膜在386nm处的发光峰强度明显提高。这可归因于薄膜中氧空位的增加使双氧空位吸收电子所产生的F2+色心浓度提高。薄膜经真空退火后在332、398nm附近的发光峰强度明显增强,这是由于薄膜中氧空位的增加提高了F+、F色心浓度。与此同时,制备态薄膜在386nm附近发光峰经退火后由386nm蓝移至381nm,可归因于退火后制备态薄膜的内应力得到了释放。1%(质量分数)Cr3+掺杂薄膜在646、694nm出现Cr3+离子由4 T2能级跃迁至4 A2能级及由E-能级跃迁至4 A2能级产生的荧光发光峰。     

致密ZnO薄膜的电化学制备及光学性能研究

采用电化学沉积法在ITO导电玻璃上沉积1层致密的ZnO薄膜。用扫描电镜（SEM）对在不同电解液浓度、电压和时间下制备的ZnO薄膜的表面形貌作了表征,并观测了ZnO薄膜的厚度,结果表明当电解液的质量分数为1.2%,电压为1.0V,时间为60s时,制备的ZnO薄膜致密且厚度仅为120nm,利用分光光度计测得ZnO薄膜在可见光波段的透射率高于50%,为ZnO薄膜在多层光学超材料中的应用奠定了基础。     

a-Si∶H/Al/a-Si∶H三层复合膜的低温晶化研究

采用真空热蒸发与PECVD方法 ,在特殊设计的“单反应室双沉积法”薄膜沉积设备中沉积a Si∶H/Al/a Si∶H三层复合薄膜 ,并利用XRD ,XPS及SEM等方法对薄膜在不同温度退火后的晶化行为进行了研究。结果表明 ,随着热处理过程的进行 ,金属Al逐步向表面扩散 ,在金属Al锈导下a Si∶H层出现晶化的温度不高于 2 5 0℃。在Al层厚度低于 2 2nm时 ,a Si∶H向晶态硅转变的量随着Al层厚度的增加而增加 ,而当Al层厚度大于 2 2nm后 ,a Si∶H向晶态硅转变的量与Al层厚度无关     

ZnO薄膜中与Zn原子缺陷相关的发光特性研究

ZnO薄膜中可见光的发射与缺陷有关,为了研究ZnO薄膜中与Zn原子缺陷相关的发光特性,将不同Zn缓冲层厚度的ZnO薄膜沉积在Si衬底上,且所有样品在400℃下真空中退火1 h,采用X射线衍射谱(XRD)、吸收谱和光致发光谱(PL)表征了样品的晶体结构和光学特性。结果表明,随着Zn缓冲层溅射时间的增加,ZnO薄膜中的紫光峰向长波段发生了红移,且所有的发光峰强度逐渐增加;缓冲层和真空中退火都使得样品中有过量的Zn原子缺陷出现,薄膜中所有的发光峰与Zn原子缺陷相关。     

沉积温度和退火处理对脉冲激光沉积的 ZnO∶Al 膜性能的影响

利用脉冲激光沉积法制备了ZnO∶Al透明导电薄膜.通过对膜的霍尔系数测量及 AFM、XRD分析,详细研究了温度和退火处理对薄膜结构、表面形貌及光电性能的影响.结果表明沉积温度影响膜的电学、光学性能和膜的结晶状况.制备的薄膜均具有ZnO(002)择优取向的多晶膜.在240～310℃沉积的薄膜具有最低的电阻率,其值为6.1×10-4Ω·cm,在240℃沉积的薄膜在氩气中退火薄膜的电阻率下降为4. 7×10-4Ω·cm.所有薄膜在可见光区的平均透过率均达到了90%以上.     

铝掺杂氧化锌薄膜的光学性能研究

采用溶胶-凝胶法,在玻璃基底上制备了掺杂不同质量分数Al的ZnO薄膜,并采用X射线衍射(XRD)仪、扫描电子显微镜(SEM)、紫外-可见光谱仪(UV-Vis)、光致发光光谱(PL)等方法测试和分析了不同Al掺杂浓度对ZnO薄膜的形貌结构、光学性能影响。结果表明,Al的掺杂引起了晶体生长过程中择优取向的改变,掺杂ZnO薄膜的表面颗粒随Al掺杂量的增加而增大,可见光范围内的平均透射率78%,光致发光光谱分析表明,纯的ZnO薄膜有很强的紫外发光,而随Al的质量分数的增加,紫外发光强度迅速下降。     

Al掺杂ZnO薄膜的制备及其电学性能研究

采用溶胶-凝胶法在玻璃基底上制备掺杂铝的氧化锌薄膜.研究了不同的铝掺杂浓度、薄膜厚度以及退火温度对电阻率的影响,结果表明掺杂铝摩尔分数为2%、退火温度在550℃时电阻率最低,电阻率随着薄膜厚度的增加而减小.通过XRD和SEM对薄膜的组织结构和形貌进行了表征,结果表明样品表面相对平整、致密,AZO薄膜保持着ZnO六角纤锌矿结构,说明了Al原子对Zn原子的有效替位.     

磁控共溅射Ni3 Al合金薄膜的微观结构及电阻特性

研究了室温下采用直流磁控共溅射法在抛光玻璃和Si基底上沉积Ni3Al合金薄膜的制备工艺、微观结构和电阻特性.采用SEM、EDX、AFM、TEM等测试分析了不同基底、溅射功率、工作气压等因素对薄膜微观结构、成分比和电阻特性的影响.结果表明:采用大功率混合溅射可以得到多晶态Ni3Al纳米合金薄膜,且呈多层岛状生长.所得薄膜具有良好的导电性,与玻璃相比,在Si基底上的薄膜表面光滑平整,晶粒更小,电阻率略大.然而随着厚度的减小,薄膜的电阻率增加迅速,发生金属向绝缘体过渡的相变,而厚度较大时这种现象不明显,这表明Ni3Al薄膜相变与厚度及晶格中氧含量有关.     

a—Si：H／Al／a—Si：H三层复合膜的低温晶化研究

采用真空热蒸发与PECVD方法，在特殊设计的“单反应室双沉积法”薄膜沉积设备中沉积a-Si:H/Al/a-Si:H三层复合膜，并利用XRD，XPS及SEM等方法对薄膜在不同温度退火后的晶化行为进行了研究。结果表明，随着热处理过程的进行，金属Al逐步向表面扩散，在金属Al锈导下a-Si:H层出现晶化温度不高于250℃。在Al层厚度低于22nm时，a-Si:H向晶态硅转变的量随着Al层厚度的增加而增加，而当Al层厚度大于22nm后，a-Si:H向晶态硅转变的量与Al层厚度无关。     

纳米硅基薄膜光致发光机制的初步研究

用等离子体化学气相沉积方法制备氢化非晶硅合金薄膜，经高温退火及高温氧化可制备纳米尺寸的晶粒，室温下能发出可见光。实验表明，高温氧化后的纳米颗粒被镶嵌在ＳｉＯ２的无序网络中，其晶粒尺寸减少，而发光强度增强，发光峰位置向短波方向移动。这些结果说明，发光来源于纳米晶粒的量子尺寸效应和覆盖晶粒表面的ＳｉＯ２层的发光中心。     

原子层沉积Al2O3薄膜钝化n型单晶硅表面的研究

以三甲基铝(TMA)和水为反应源,采用原子层沉积(ALD)技术在n型单晶硅表面沉积15nm、30nm和100nm的Al2O3薄膜,并对样品进行快速退火(RTA)处理。采用少子寿命测试仪测试样品的有效少子寿命,获得了表面复合速率(SRV),通过X射线光电子能谱(XPS)分析了薄膜的化学成分,在此基础上研究了薄膜厚度及退火条件对钝化效果的影响,并分析了钝化机理。结果表明:ALD技术制备的Al2O3薄膜经退火后可使n型单晶硅SRV值降低到7cm/s,表面钝化效果显著。     

Sol-Gel法制备ZnO:Al透明导电薄膜

采用Sol-Gel工艺在普通载玻片上制备出C轴择优取向性、高可见光透过率以及高电导率的Al3+离子掺杂的ZnO透明导电薄膜.利用SEM、XRD等分析手段对薄膜进行了表征.研究结果表明:所制备的薄膜为纤锌矿型结构,表面平整、致密.通过标准四探针法及UVS透射光谱详细研究了Al3+离子掺杂的ZnO薄膜的电学与光学性能.实验发现,当Al3+离子掺杂浓度为0.8%时,前处理温度为400℃,退火温度为550℃,真空退火温度为550℃时,薄膜具有较好的导电性,电阻率为3.03× 10-3Ω@cm,其在可见光区的透过率超过80%.     

退火温度对溶胶-凝胶法制备的ZnO薄膜性质的影响

为了提高ZnO薄膜的光学性能,采用溶胶-凝胶(sol-gel)和简易浸渍提拉法在石英基片上制备ZnO薄膜,并在不同温度下进行退火处理。利用X射线衍射(XRD)、原子力显微镜(AFM)、光致发光(PL)及紫外可见分光光度计对薄膜的结构特征、表面形貌和光学性质进行表征和测试。结果表明:所制备的ZnO薄膜均为六方形纤锌矿结构,结晶程度随退火温度的升高逐渐提高,薄膜透光性能良好,当退火温度低于500℃时,ZnO薄膜在见光区的平均透过率在70%以上。