氧离子束辅助激光淀积生长ZnO/Si的XPS探究

为了探究ZnO/Si内部化学成分及有关信息,用氧离子束辅助(O+-assisted)脉冲激光淀积(PLD)法在不同实验条件下生长成ZnO/Si(111)样品.利用X射线光电子能谱(XPS)对长成的ZnO/Si异质结构进行了异位测试.通过对O1s峰及其肩状结构进行拟合、分析,得到了原子数密度比n(O)∶n(Zn),进而探究了原子数密度比与生长质量的关系.结果表明,用氧离子束辅助PLD法,可在较低的衬底温度190℃和适当O+束流条件下,生长出正化学比接近于1,且c轴单一取向最佳的ZnO/Si薄膜.用氧离子束辅助PLD淀积法生长ZnO薄膜,可以改善缺氧状况,能提供一个富氧环境.     

PLD生长的ZnO薄膜的微结构及其发光特性研究

在不同的衬底温度下，通过脉冲激光淀积（PLD）方法在Si衬底上生长出c轴高度取向的ZnO薄膜。ZnO薄膜的结构分别通过X射线衍射（XRD）和广延X射线吸收精细结构（EXAFS）来表征，而表面成份和化学态则通过X射线光电子能谱来研究。利用光致发光（PL）来研究样品的发光特性。XRD结果和EXAFS结果都表明了500℃时生长的ZnO薄膜的结晶性比300℃时生长的要好。EXAFS结果和XPS结果显示，300℃时生长的ZnO薄膜处于富氧状态，而500℃时生长的则处于缺氧状态。结合XRD谱、EXAFS谱、XPS谱和PL谱的结果可以看到：随着ZnO薄膜的结晶性变好，它的紫外发光增强；另一方面，随着ZnO薄膜中O的含量减少，绿光发射变强。我们的结果表明绿光发射与ZnO中氧空位（V0）有关。     

用PLD法制备声表面波器件用ZnO薄膜

采用脉冲激光淀积 (PLD)法在单晶Si(10 0 )衬底上淀积了ZnO薄膜。XRD、TEM和AFM分析表明 ,淀积的ZnO薄膜具有良好的c轴取向性和表面平整度。通过改变淀积气氛或在纯氧中高温退火 ,ZnO薄膜的电阻率提高到 10 7Ω·cm。这些结果表明 ,用PLD法淀积的ZnO薄膜能够满足声表面波(SAW )器件的需要。     

氧离子束辅助激光淀积生长ZnO/Si的研究

利用X射线衍射(XRD),X射线摇摆曲线(XRC)和X射线光电子能谱(XPS)分析方法对氧离子束辅助激光淀积生长的ZnO/Si异质结薄膜进行了分析.结果表明:用该法可生长出高度c轴单一取向ZnO薄膜,XRC的半高宽度(FWHM)仅为2.918°.表明此生长方法经优化,可生长出单晶质量很好的ZnO/Si薄膜.     

不同衬底上低温生长的ZnO晶体薄膜的结构及光学性质比较

采用电子束反应蒸发方法,在单晶Si（001）及玻璃衬底上低温外延生长了沿C轴高度取向的单晶ZnO薄膜,并对沉积的ZnO晶体薄膜的结构和光学性质进行了分析比较。通过对ZnO蒲膜的X射线衍射（XRD）分析及光致荧光激发谱（PLE）测量,研究了衬底材料结构特性、生长温度及反应气氛中充O2对ZnO薄膜的晶体结构和晶体光学吸收特性的影响。结果表明：①衬底温度对沉积的ZnO薄膜的晶体结构影响显,玻璃衬底上生长ZnO薄膜的最佳温度比Si(001)衬底上生长的最佳温度要高70℃;②虽在最佳生长条件下获得的ZnO薄膜的的XRD结果（半高宽和衍射强度）相近,但光学吸收特性有较大差异,Si(001)衬底上生长的ZnO薄膜优于玻璃衬底上生长的ZnO薄膜;③反应气氛中的O2分压对XRD结构影响不大,但对PLE谱影响显,充O2后能明显改善吸收边特性。     

N掺杂对Co-ZnO薄膜电学和磁学性能的影响

采用脉冲激光沉积(PLD)法通过电离活化方式在石英和Si(100)衬底上制备了Co-N共掺ZnO薄膜,研究了N掺杂对Co-ZnO薄膜电学和磁学性能的影响.实验观察到700℃、N2O压强为15Pa时生长的Co-N共掺ZnO薄膜显示室温磁滞回线.采用XRD、SEM、XPS、霍尔测试和SQUID等手段对样品进行了测试,结果表明,所得薄膜样品具有高度的c轴择优取向,XRD图谱中并没有发现Co、N的相关分相,Co、N原子分别以替代位形式CoZn、NO存在于薄膜中.霍尔测试和SQUID测试表明,Co-N共掺ZnO薄膜呈p型,具有室温磁滞效应.与Co掺杂ZnO薄膜相比,载流子浓度降低,同时,饱和磁化强度和矫顽力有很大提高,可见,N的掺入改变了Co掺杂ZnO稀磁半导体薄膜的导电类型,并增强了磁性。     

衬底和O2/Ar气体比例对ZnO薄膜结构及性能的影响

采用直流磁控溅射法沉积了ZnO薄膜,以X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、原子力显微镜等手段对薄膜的晶体结构和微观相貌进行了分析,并对薄膜的电学性能进行了考察.结果表明:所制备薄膜沿c轴高度择优,并具有较高的电阻率;ZnO薄膜的沉积速率和c轴择优度是由O2/Ar气体比例和衬底共同决定的;Au衬底上的ZnO薄膜以三维生长为主,在Al和Si衬底上出现了不同程度的薄膜二维生长;电阻率随O2/Ar气体比例的提高逐渐增加,Si衬底上薄膜的电阻率高于Al和Au衬底上的.     

Mn、Co掺杂ZnO薄膜结构及发光特性研究

利用脉冲激光沉积(PLD)方法在Si(100)衬底上制备了ZnO、Zn0.8Mn0.2O、Zn0.8Co0.2O薄膜.薄膜的晶体结构和表面形貌采用X射线衍射仪和原子力显微镜测试.表明薄膜具有明显的c轴择优生长取向,薄膜表面较为平整,颗粒尺寸在纳米量级,薄膜中晶粒的生长模式为"柱状"模式.此外,Mn、Co掺入后,薄膜的X射线衍射峰有小角度偏移,这与 Mn2 、Co2 离子半径有关.PL谱显示Mn、Co掺杂ZnO薄膜的蓝、绿发光峰的位置相对纯的ZnO薄膜没有改变,还出现了紫外发光峰,其中Mn掺杂的蓝、绿光峰的强度减弱,Co掺杂的蓝光峰强度减弱,绿光峰强度增强.这是因为Mn、Co掺入改变了ZnO本征缺陷的浓度,发光峰的强度也随之而改变.     

以ZnO为缓冲层制备硅基氮化镓薄膜

用脉冲激光沉积法(PLD)先在600℃的Si(111)衬底上沉积ZnO薄膜,然后用磁控溅射法再沉积GaN薄膜。直接沉积得到的GaN薄膜是非晶结构,将样品在氨气氛围中在850、900、950℃下退火15min得到结晶的GaN薄膜。用X射线衍射(XRD)、傅立叶红外吸收谱(FTIR)、光致发光谱(PL)和扫描电子显微镜(SEM)研究了ZnO缓冲层对GaN薄膜的结晶和形貌的影响。     

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.