玻璃衬底上氮-铟共掺ZnO的制备及表征

以醋酸锌水溶液为前驱体,分别以醋酸铵和硝酸铟为氮(N)源和铟(In)源,采用超声喷雾热分解方法在普通玻璃衬底上沉积了氮-铟(N-In)共掺杂ZnO薄膜.并采用X射线衍射,场发射扫描电镜、霍尔效应、透射光谱等分析方法,研究了N,In共掺杂和沉积温度对ZnO薄膜的晶体结构、成分及含量、形貌、电学性能、光学性能的影响.结果表明:通过氮-铟共掺杂,ZnO基薄膜具有良好的的电学性能,但是均为n型导电,与相关文献中的结果完全相反.     

Al、N共掺杂实现ZnO的p型转变及其掺杂机理探讨

利用直流反应磁控溅射以Al、N共掺杂的方法生长p-ZnO薄膜.ZnO薄膜沉积于具有不同衬底温度的玻璃或Si衬底上,N来自NH3与O2的生长气氛,Al来源于AlxZn1-x(x=0.08%)靶材.利用XRD、XPS、Hall测试对其性能进行了分析.结果表明,用Al、N共掺杂的方法可以得到c轴择优取向的p型ZnO薄膜,载流子浓度为(1014～1015) cm-3,电阻率为(1.54～3.43)×103 Ω·cm,迁移率为(1.16～4.61) cm2/V·s.由Al、N共掺杂和仅掺N的两种情况下ZnO薄膜的N1s的XPS图谱可以推断出,N的掺入可能是以Al-N键的形式存在,而且Al的存在促进了N原子作为受主的掺入.     

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.     

超声喷雾热解法生长氧化锌同质p-n结及其电致发光性能研究

采用超声喷雾热解法在单晶GaAs(100) 衬底上生长ZnO同质p-n结. 以醋酸锌水溶液为前驱体, 分别以醋酸铵和硝酸铟为氮(N)源和铟(In)源, 通过氮--铟(N-In)共掺杂沉积p型ZnO薄膜, 以未故意掺杂的ZnO薄膜做为n型层获得ZnO基同质p-n结. 采用热蒸发工艺在ZnO层和GaAs衬底上分别蒸镀Zn/Au和Au/Ge/Ni电极而获得发光二极管原型器件, 在室温下发现了该器件正向电流注入下的连续发光现象.     

衬底温度对Sn掺杂ZnO薄膜结构、电学和光学性能的影响

采用射频磁控溅射技术在石英衬底上制备了掺杂浓度为0.5％(原子分数)的ZnO∶Sn(TZO)薄膜,研究了不同衬底温度下薄膜的结构、形貌、电学和光学的性能.研究发现,TZO薄膜沿着C轴择优生长,在400℃时结晶度最好,最低电阻率为2.619×10-2Ω·cm,在可见光范围内具有较好的透光率.     

铝氮共掺制备p型ZnO薄膜的电学性能研究

本文通过直流反应磁控溅射,采用Al N共掺的方法在N2O-O2气氛下制备p型ZnO薄膜.结果表明,衬底温度为500 ℃时共掺所得p型ZnO的载流子浓度最高,并且比单独掺氮时高近3个数量级.本文还讨论了生长气氛对薄膜电学性能的影响,当衬底温度为500 ℃时,在纯N2O气氛下制备的p型ZnO的空穴浓度最高,为7.56×1017 cm-3,同时薄膜的电阻率和载流子的迁移率分别为94.3 Ω*cm和0.09 cm2V-1s-1.     

不同铝掺杂量ZnO薄膜性能的研究

以铝掺杂质量分数为1%、2%、3%的Zn/Al合金为靶材,采用直流反应磁控溅射技术在玻璃衬底上制备了不同铝含量ZnO:Al(AZO)透明导电薄膜。研究了衬底温度对AZO薄膜电学性能的影响;同时,研究铝掺杂量不同、电阻率相同的AZO薄膜的载流子浓度与迁移率的关系。结果表明:随着Al掺杂量的增加,薄膜最佳性能(透过率90%,电阻率6×10-4Ω·cm左右)时的衬底温度值会降低;电阻率相同的样品,1%铝掺杂的薄膜迁移率和透光率均高于2%铝掺杂薄膜的。     

超声喷雾热分解法制备p型ZnO多晶薄膜及其光致发光性能研究

采用超声喷雾热分解法,室温下在玻璃衬底上沉积了N-Al共掺杂的P型ZnO薄膜.采用XRD和SEM测试手段对薄膜进行了晶体结构和表面形貌的表征,结果表明所制备的薄膜为六角纤锌矿结构的ZnO薄膜,表面均匀,结构致密,具有强烈的呈c轴垂直于衬底的(002)择优取向.对薄膜进行了电学测试和光致发光性能测试,并对薄膜的光致发光性能进行了研究.     

多组分掺杂ZnO薄膜的微观结构及电学性能研究

采用射频磁控溅射法在Si(111)衬底上制备多组分掺杂ZnO薄膜,研究了衬底温度和氧分压对Bi、Cr、Sb、Mn和Co掺杂ZnO薄膜的晶体结构、表面形貌及电学性能的影响。结果表明:随着衬底温度的升高,ZnO(002)衍射峰相对强度先增强后减弱;薄膜表面粗糙度先减小后增大。随着氧分压的增大,ZnO的(101)、(102)和(103)衍射峰消失,薄膜呈优异的(002)择优取向生长。在衬底温度为300℃、氧分压为50%时,Bi、Cr、Sb、Mn和Co所引起的缺陷和氧过剩引起的本征缺陷,共同形成受主态的复合缺陷,导致晶界势垒激增。此时,薄膜有最优化的压敏电压、非线性常数和漏电流,分别达到7.05V、20.83和0.58μA/mm~2。     

掺杂ZnO薄膜研究

采用电子束蒸发方法在玻璃衬底上制备ZnO薄膜和掺杂ZnO薄膜.通过X射线衍射、台阶仪及Hall效应等测试研究了衬底温度和掺杂对晶体质量和电学性能的影响,发现原位生长的ZnO薄沿c轴择优生长,且掺杂ZnO薄膜具有低达3.029×10-4Ω·cm的电阻率.     

[100]取向Al-Ti共掺杂ZnO薄膜的制备与光电性能研究

采用常压固相烧结法制备了Al-Ti共掺ZnO靶材, 采用射频磁控溅射技术及真空退火工艺, 在普通玻璃衬底上制备了具有[100]取向Al-Ti共掺杂ZnO薄膜(ZATO). 采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)对ZATO薄膜的生长机理、显微结构、形貌进行了测试分析, 用四探针测试仪、紫外-可见分光光度计及荧光光谱仪对ZATO薄膜的光电性能进行了测试分析. 结果表明, ZATO薄膜经500℃保温3h退火后, 择优取向由(002)向(100)方向转变; 此时, 衍射谱上还观察到超点阵衍射线条. [100]取向ZATO薄膜的光学带隙从退火前的3.29降至2.86, 平均可见光透过率从90%降至70%, 表现为一般的透过性; 而电阻率则从1.89×10^-2Ω·cm降至1.25×10^-3Ω·cm, 呈现较好的导电性. 薄膜中均出现了380nm附近的带边发射(NBE)峰以及410、564nm的深能级发射峰, 且经500℃保温3h退火后, 这些峰的位置并未改变, 但峰强均明显减弱. 对上述实验机理进行了分析讨论.     

金刚石膜/氧化铝陶瓷复合材料的介电特性和热学性能研究

研究了金刚石膜/氧化铝陶瓷复合材料作为超高速、大功率集成电路封装基板材料的可行性。采用电容法测量了复合材料的介电性质,结果表明在氧化铝上沉积金刚石膜,能有效降低基片材料的介电系数。碳离子预注入处理使介电损耗降低(从5×10^-3降低到2×10^-3),且频率稳定性更好。金刚石膜的沉积可明显提高基片的热导率,随着薄膜厚度的增加,复合材料的热导率单调递增。当薄膜厚度超过100μm时复合材料的介电系数下降到6.5、热导率上升至3.98W/cm·K,热导率接近氧化铝的20倍。     

TiN-Al2O3纳米复合材料的力学性能和导电性能

以纳米TiN和α-Al₂O₃粉体为原料,采用球磨混合法制备了纳米TiN-Al₂O₃复合粉体,通过热压烧结得到致密烧结体.研究了纳米TiN颗粒对Al₂O₃材料力学性能和导电性能的影响,实验结果表明:在Al₂O₃基体中加入15vol％TiN纳米颗粒时,Al₂O₃材料的弯曲强度和断裂韧性分别从370MPa和3.4MPa·m^1/2提高到690MPa和5.1MPa·m^1/2,随着TiN添加量的增加,复合材料的电阻率逐渐降低,在25vol％TiN时达到最低值(6.5×10^-3Ω·cm).     

真空蒸发法制备PbI2多晶薄膜研究

用真空蒸发法在玻璃衬底上制备了PbI₂多晶薄膜,对样品的微结构、表面形貌、化学组分及电阻率进行了测试分析.结果表明,样品具有良好的多晶结构,并沿六角密堆积结构的c轴向高度择优取向.室温下样品暗电导率为3.09×10^-11(Ω·cm)^-1,电导激活能为0.78eV.     

Te掺杂方钴矿CoSb3的溶剂热合成及电学性能

以CoCl₂, SbCl₃和Te粉为原料, NaBH₄为还原剂, 用溶剂热方法合成了Te掺杂方钴矿CoSb_3-xTe_x(x=0, 0.05, 0.1, 0.2, 0.4)纳米粉末. 研究发现, Te含量较高的样品(x≥0.2)有明显的CoTe₂等杂相存在. CoSb_3-xTe_x合成粉末的粒径大小在40nm左右, 热压后晶粒发生长大, 平均晶粒尺寸约为300nm. 电学性能测试表明Te掺杂方钴矿CoSb_3-xTe_x的导电类型为n型, Seebeck系数的绝对值随着Te含量的增加而变小, 电导率随着Te含量的增加而增大. 在测试温度范围内, CoSb_2.8Te_0.2 具有最高的功率因子, 在773K温度下达到2.3×10³W·m^-1·K^-2.     

注入剂量对离子注入法制备Al-N共掺杂P型ZnO的影响

采用射频磁控共溅射的方法制备出ZnO∶Al薄膜,以NO和O2为源气体(O2/O2+NO=75%)、等离子体浸没离子注入(PIII)方法在不同的工艺条件下得到了不同N+注入剂量的ZnO∶Al∶N薄膜,并在N2氛围下对样品进行了850℃退火处理。通过XRD图谱、霍尔效应(Hall)测试结果、光致发光光谱(PL)、紫外-可见光透射光谱等对样品的结构和性能进行了分析,着重研究了N+注入剂量对ZnO∶Al∶N薄膜性质的影响。结果表明,注入剂量控制在1015cm-2量级时,N可以通过占据O空位和替换O原子形成NO并与Al和Zn成键,对于ZnO薄膜实现p型反转是很关键的。实现p型反转的ZnO∶Al∶N薄膜载流子浓度可达2.16×1016cm-3,电阻率为8.90Ω.cm,霍耳迁移率为32.4cm2/V.s。     

Effects of substrate temperature on structural, electrical and optical properties of As-doped ZnO films

As-doped ZnO films were prepared by co-sputtering ZnO and Zn₃As₂ targets on glass substrates at various temperatures from 250 to 500 °C. The effects of substrate temperature on structural, electrical and optical properties of the films were investigated. The films grown at temperatures from 250 to 400 °C were c-axis oriented and those deposited above 400 °C exhibited poor crystallinity. Hall measurement showed that p-type ZnO:As films were prepared at different temperatures. With increasing the substrate temperature from 250 to 500 °C, the optical band gap (E_g) first decreased, and then increased. The E_g changes upon the substrate temperature were due to the effect of substrate temperature on the crystallinity of ZnO films.     

二氧化钛薄膜的三阶非线性光学特性

采用脉冲激光沉积技术在熔石英基片上制备了c轴取向的锐钛矿相TiO₂薄膜.通过X射线衍射和原子力显微镜对薄膜的结构、结晶性和表面特性进行了表征.通过透射光谱计算得到TiO₂薄膜折射率约为2.1,光学带隙约为3.18eV.结合飞秒激光和Z扫描方法测量了薄膜的超快非线性光学特性,结果表明：锐钛矿TiO₂薄膜具有负的非线性吸收系数和负的非线性折射率,其大小分别为-6.2×10^-11m/W和-6.32×10^-17m²/W,对应的三阶非线性极化率的实部和虚部分别为-7.1×10^-11esu和-4.42×10^-12esu.并计算薄膜的优值比T=βλ/n₂≈0.8,表明锐钛矿相的TiO₂在非线性光学器件方面具有潜在的应用前景.     

高能球磨结合SPS技术制备Al2O3-TiC复合材料及其性能研究

以TiO₂、Al、C(石墨)为原料,首先采用高能球磨引导铝热反应合成了Al_2O3-TiC 纳米复合粉体,然后采用放电等离子体烧结纳米复合粉体制备了Al₂O₃-TiC复合材料.结果表明,在氩气氛围下高能球磨3h后,原料粉末就发生了铝热反应,合成的Al₂O₃-TiC复合粉体粒子尺寸大约在100nm左右.采用SPS技术在1450℃保温4min烧结的试样致密度达99.6%,并且结构精细(大部分晶粒<1μm),两相分布比较均匀,有较好的力学性能和电导性能,抗弯强度为650±21MPa.,硬度为19.1±0.2GPa,断裂韧性为4.5±0.2MPa·m^1/2,电导率为2.3828×105Ω^-1·m^-1.     

纳米ZnO对纳米ZrO2(8Y)致密特性及电导率影响研究

采用纳米ZrO₂(8Y)粉和纳米ZnO粉为原料,对掺少量ZnO的ZrO₂(8Y)进行无压烧结研究.实验结果表明,掺少量的ZnO能促进ZrO₂与Y₂O₃的反应,加快四方相向立方相的转变,样品致密度和电导率显著提高.掺0.5wt％ZnO样品在1200℃煅烧2h的陶瓷致密度为94％,700℃时的电导率为9.02×10^-3cm-1·Ω^-1.