在不同衬底上生长ZnO薄膜及其特性研究

在不同衬底温度下用脉冲激光沉积法(PLD)分别在n-Si(111)、蓝宝石(001)和非晶石英衬底上生长了ZnO薄膜。首先对薄膜进行了X射线衍射(XRD)分析,找出在三种不同衬底上制得的结晶质量最好的ZnO薄膜所对应的最佳衬底温度。然后对最佳衬底温度下得到的ZnO薄膜分别进行了X射线衍射(XRD)、光致发光谱(PL)和原子力显微镜(AFM)分析。结果表明,在硅衬底上生长的ZnO薄膜XRD谱半高宽最小,PL谱特征发光峰强度最强,AFM下的平均粒径最大,说明硅衬底上生长的ZnO薄膜结晶质量最好,而在石英衬底上生长的ZnO薄膜结晶质量最差。     

衬底温度对ZnO:N薄膜结构和光学性能的影响

利用超声喷雾热解方法,以不同的沉积温度(450～510℃)在石英衬底上制备出具备较高光学质量的氮掺氧化锌(ZnO:N)薄膜。通过X射线衍射(XRD)谱研究了薄膜的结构,用扫描电子显微镜(SEM)研究了薄膜的表面形貌,用紫外可见(UV)分光光度计、光致发光(PL)谱对薄膜的光学特性进行了测试分析。结果表明,所制备薄膜在可见波段具有较高透过率,并且沉积温度对ZnO:N薄膜的透过性能有很大影响。在衬底温度为500℃时得到的ZnO:N薄膜为六角纤锌矿结构,结晶质量最好、光透过率最高。PL谱的测试结果显示,在该条件制备的ZnO:N薄膜只在389.4nm处有一个较强的近带边紫外发光峰。     

衬底退火温度对ZnO纳米结构形貌和发光特性的影响

利用热蒸发Zn粉的方法,在Au/掺铝氧化锌(AZO) /石英衬底上生长ZnO纳米结构。为了研究不同 温度退火后的衬底对生长的ZnO纳米结构的影响,Au/AZO/石英衬底在生长纳米结构前分别在 300、500和700℃真空下退火。Au/AZO/石英衬底的表面形貌用原子力显微镜(AFM)观测 。ZnO纳米结构的微结构、形貌和 光学性能分别用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和荧光光 谱仪进行测量。结果表明,在未退火和300 ℃ 退火衬底上生长了大量的ZnO纳米棒,而在500℃退火衬底上沉积了大量ZnO纳米颗粒。单晶结构 的纳米棒的平均直径分别约50nm,其 生长机制为蒸气-液体-固体(VLS)生长机制。荧光光谱显示所有的样品 都存在紫外发光峰和深能级发射带,随着退火温度的升高,生长的纳米结构的紫外发光峰相 对强度增强,而深能级发射强度减弱。     

原位退火对磁控溅射制备的ZnS薄膜微结构和发光性能的影响

采用射频磁控溅射技术在玻璃衬底上制备了系列ZnS薄膜,利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和荧光分光光度计研究了Ar气氛中300～500℃原位退火对薄膜微结构和发光性能的影响.结果表明,退火温度对ZnS薄膜的结晶性能和晶粒大小的影响不大,但会显著影响其发光特性.低温退火处理的薄膜的PL谱具有多个发光峰,...     

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。     

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.     

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.     

直流放电辅助脉冲激光沉积Si基GaN薄膜的结构特征

采用直流放电辅助脉冲激光沉积技术,在Si(111)衬底上生长了GaN薄膜.XRD、AFM、PL和Hall测量的结果表明在2～20Pa沉积气压范围内,提高沉积气压有利提高GaN薄膜的结晶质量;在150～220mJ/Pluse入射激光脉冲强度范围内,随着入射激光脉冲强度的提高,GaN薄膜表面结构得到改善.研究发现,在700℃衬底温度、20Pa的沉积气压和220mJ/Pluse的入射激光脉冲强度的优化工艺条件下,所沉积生长的GaN薄膜具有良好的结构质量和光电性能.     

ZnS薄膜生长温度对ZnS/PS体系结构和发光的影响

用电化学阳极氧化法制备了一定孔隙率的多孔硅(PS,Porous Silicon)样品,然后以PS为衬底用脉冲激光沉积(PLD)的方法在100℃、200℃和300℃下生长ZnS薄膜.X射线衍射(XRD)结果表明,样品都在28.5°附近有一个较强的衍射峰,对应于β-ZnS(111)晶向,说明薄膜沿该方向择优取向生长,但由于衬底PS粗糙的表面结构,衍射峰的半高全宽(FWHM)较大.随着ZnS薄膜生长温度的升高,薄膜的衍射峰强度逐渐增强.扫描电子显微镜(SEM)像显示,随着薄膜生长温度的升高,构成薄膜的纳米晶粒生长变大.室温下的光致发光(PL)谱表明,随着薄膜生长温度的升高,ZnS的发光强度增强而PS的发光强度减弱,把ZnS的蓝绿光与PS的红光叠加,在可见光区450～700 nm形成了一个较宽的光致发光谱带,呈现较强的白光发射.     

磁控溅射YSZ薄膜的激光损伤阈值

利用射频磁控溅射方法在不同衬底上制备出掺Y2O3 8 %的YSZ薄膜, 用X射线衍射、原子力显微镜(AFM)、扫描电子显微镜和透射光谱测定薄膜的结构、表面特性和光学性能, 研究了退火对薄膜结构和光学性能的影响。结果表明：随着退火温度的升高, 薄膜结构依次从非晶到四方相再到四方和单斜混合相转变, AFM分析显示薄膜表面YSZ颗粒随退火温度升高逐渐增大, 表面粗糙度相应增大, 晶粒大小计算表明, 退火温度的提高有助于薄膜的结晶化, 退火温度从400 ℃到1100 ℃变化范围内晶粒大小从20.9 nm增大到42.8 nm; 同时根据ISO11254-1激光损伤测试标准对光学破坏阈值进行了测量, 发现与其他电子束方法制备的YSZ薄膜损伤阈值结果比较, 溅射法制备的薄膜损伤阈值有了一定程度的提高。     

Epitaxial growth of ZnO on GaN/sapphire substrate by radio-frequency magnetron sputtering

Zinc oxide (ZnO) thin films were grown on n-GaN/sapphire substrates by radio-frequency (RF) magnetron sputtering. The films were grown at substrate temperatures ranging from 400 to 700 ℃ for 1 h at a RF power of 80 W in pure Ar gas ambient. The effect of the substrate temperature on the structural and optical properties of these films was investigated by X-ray diffraction (XRD), atomic force microscopy (AFM) and photoluminescence (PL) spectra. XRD results indicated that ZnO films exhibited wurtzite symmetry and c-axis orientation when grown epitaxially on n-GaN/sapphire. The best crystalline quality of the ZnO film is obtained at a growth temperature of 600 ℃. AFM results indicate that the growth mode and degree of epitaxy strongly depend on the substrate temperature. In PL measurement, the intensity of ultraviolet emission increased initially with the rise of the substrate temperature, and then decreased with the temperature. The highest UV intensity is obtained for the film grown at 600 ℃ with best crystallization.     

Effects of Annealing Temperature on Properties of ZnO Thin Films Grown by Pulsed Laser Deposition

ZnO thin films are deposited on n-Si（111） substrates by pulsed laser deposition（PLD） system. Then the samples are annealed at different temperatures in air ambient and their properties are investigated particularly as a function of annealing temperature. The microstructure, morphology and optical properties of the as-grown ZnO films are studied by X-ray diffraetion（XRD）. atomic force mieroseope（AFM）, Fourier transform infrared spectroscopy（FTIR） and photoluminescence（PL） spectra. The results show that the as- grown ZnO films have a hexagonal wurtzite structure with a preferred c-axis orientation. Moreover, the diameters of the ZnO crystallites become larger and the crystal quality of the ZnO fihns is improved with the increase of annealing temperature.     

脉冲激光沉积法制备氧化锌薄膜

ZnO是一种新型的Ⅱ-Ⅵ族半导体材料,具有优良的晶格、光学和电学性能,其显著的特点是在紫外波段存在受激发射。利用脉冲激光沉积法(PLD)在氧气氛中烧蚀锌靶制备了纳米晶氧化锌薄膜,衬底为石英玻璃,晶粒尺寸约为28-35 nm。X射线衍射(XRD)结果和光致发光(PL)光谱的测量表明,当衬底温度在100-250℃范围内时,所获得的ZnO薄膜具有c轴的择优取向,所有样品的强紫外发射中心均在378-385 nm范围内,深能级发射中心约518-558 nm,衬底温度为200℃时,得到了单一的紫外光发射(没有深能级发光)。这归因于其较高的结晶质量。     

退火对用PLD法制备ZnO薄膜的发光影响

用脉冲激光沉积(PLD)方法在Si(111)和蓝宝石衬底上制备的氧化锌薄膜,在不同的退火温度和不同的退火氛围中进行了退火处理.退火温度及退火氛围对ZnO薄膜的结构和发光特性的影响用X射线衍射(XRD)谱和光致发光谱进行了表征.实验结果表明,随着退火温度的提高,ZnO薄膜的压应力减小,并向张应力转化.在不同的退火温度退火...     

PLD方法在CVD金刚石膜上生长ZnO薄膜及其特性研究

采用脉冲激光沉积(PLD)技术,在(110)和(100)织构金刚石膜上成功制备出高度c-轴取向的ZnO薄膜,然后在纯氮气氛条件下对ZnO薄膜进行退火处理.作为比较,也在(100)Si上生长的ZnO薄膜进行了相同的处理.通过测量X射线衍射(XRD)谱和光致发光(PL)谱,研究了不同衬底性质和退火对薄膜结构和发光特性的影响.实验结果表明,在(100)织构金刚石上的ZnO膜具有最好的结晶质量,其半高宽只有0.2°.退火之后近紫外发光峰明显减弱的同时,绿色发光峰得到增强.这里归结为氮气退火后氧空位的增加,这点从退火后的XPS谱中可以得到进一步的确认.     

利用P-MBE在Si(111)衬底上生长氧化锌薄膜及其光学性质的研究

在Si(111)衬底上利用等离子体辅助分子束外延(P-MBE)生长氧化锌(ZnO)薄膜,研究了在不同衬底生长温度下(350～750℃)制备的ZnO薄膜的结构和光学性质．随着衬底温度的升高,样品的X射线及光致发光的半高宽度都是先变小后变大,衬底温度为550℃样品的结构及光学性质都比较好,这表明550℃为在Si(111)衬底上生长ZnO薄膜的最佳衬底温度;同时,我们还通过550℃样品的变温光致发光谱(81～300K)研究了ZnO薄膜室温紫外发光峰的来源,证明其来源于自由激子发射．     

制备工艺对ZnO薄膜的结构与光学性质的影响

利用射频磁控反应溅射技术生长出具有高度晶面(0002)取向的ZnO外延薄膜。通过AFM、XRD、吸收光谱和荧光光谱等测试手段,分别研究分析了不同衬底、不同溅射气氛和退火对ZnO薄膜结构及光学性质的影响。研究表明,在200℃低温生长的硅基ZnO薄膜具有几百纳米的氧化锌准六角结构外形;当氧氩比为4:1(质量流量比)时,吸收谱激子峰最佳;退火后,激子峰(363 nm)加强,同时出现了402 nm的本征氧空位紫光发射。     

退火过程对c轴择优取向的ZnO薄膜的光学性质的影响

利用溶胶凝胶法在石英衬底上采用旋涂法制备出ZnO薄膜,通过X射线衍射仪发现不同的退火温度对ZnO薄膜的择优取向有很大影响;通过紫外可见分光光度计和室温发光谱可以看出,制备的薄膜有很好的光学透过性和很强的紫外发光特性,而不同的退火温度对其光学性质有很大的影响。实验发现采用此种方法在650℃左右退火是一个合适的退火温度,结构特性和光学性质都相对较好;采用热分析方法可知ZnO将在375℃左右从非晶转向结晶状态,因而在常规ZnO薄膜制备方法中增加一步500oC的热处理将有助于提高ZnO薄膜的结晶质量。     

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。     

Effect of Temperature on Structural and Morphologic Properties of ZnO Films Annealed in Ammonia Ambient

ZnO thin films were prepared on Si(111) substrates by pulsed laser deposition (PLD). Then, the samples were annealed at different temperatures in NH₃ ambient and their properties were investigated particularly as a function of annealing temperature. The structure, morphology, and optical properties of ZnO films were studied by x-ray diffraction (XRD), Fourier transform infrared spectroscope (FTIR), scanning electron microscope (SEM), and photoluminescence (PL). The results show that the increase of annealing temperature makes for the improvement in the crystal quality and surface morphology below the temperature of 650°C. However, when the annealing temperature is above 650°C, the ZnO films will volatilize and, especially at 750°C, ZnO will volatilize completely.