硅基氧化锌薄膜中的发光和复合中心

报道了用MOCVD方法制备的硅基ZnO薄膜中的中性施主-价带D0h发光.ZnO/p-Si结构经空气中700 ℃退火1h,然后进行X射线衍射(XRD)、光致发光(PL)谱和I-V特性测量.实验得到不同载气流量制备的样品都具有整流特性.深能级瞬态谱(DLTS)测量探测到各样品中存在两个施主深能级E1和E2.相应的室温PL谱测量显示样品近带边发射包含不同的发光线.利用高斯拟合方法,样品S2a的PL谱分解为三条发光线b,c和d,其中发光线b可归结为ZnO中的激子发射;DLTS测量得到的施主能级E1与发光线c和d的局域态电离能Ed相关,为D0h中心.此外,实验揭示E2能级的相对隙态密度与PL谱的发光强度成反比,表明深能级E2具有复合中心性质.     

金刚石多晶薄膜和硅异质结研究

采用热丝法，甲醇、丙酮及氢气等离子体在硅衬底上沉积出金刚石薄膜，用透射电镜及拉曼谱分析膜中含有大小不等的金刚石颗粒，膜的厚度为５０－１００ｎｍ。Ｃ／Ｓｉ异质结Ｉ－Ｖ曲线具有二极管整流特性，可耐高压，击穿场强达１０＾７Ｖ／ｃｍ。     

硅基高质量氧化锌外延薄膜的界面控制

本文利用反射式高能电子衍射(RHEED)、高分辨透射电镜和选区电子衍射方法,系统研究了Si(111)衬底上制备高质量氧化锌单晶薄膜的界面控制工艺.发现低温下Mg(0001)/Si(111)界面互扩散得到有效抑制,形成了高质量的单晶镁膜,进一步通过低温氧化法和分子束外延法实现了单晶MgO缓冲层的制备,从而为ZnO的外延生长提供了模板.在这一低温界面控制工艺中,Mg膜有效防止了Si表面的氧化,而MgO膜不仅为ZnO的成核与生长提供了优良的缓冲层,且极大地弛豫了由于衬底与ZnO之间的晶格失配所引起的应变.上述低温工艺也可用来控制其它活性金属膜与硅的界面,从而在硅衬底上获得高质量的氧化物模板.     

LP-MOCVD法制作n-ZnO/p-Si异质结及其电致发光研究

采用低压-金属有机化学气相沉积法(LP-MOCVD)在(100)p-Si衬底上制备未掺杂n型ZnO薄膜,并制作了相应的n-ZnO/p-Si异质结器件.通过X射线衍射(XRD)、光致发光(PL)光谱和霍尔测试分别研究了所制备薄膜的结构、光学和电学特性.得到具有较高质量的n型ZnO薄膜.在室温条件下,测得了该类异质结器件正向注入电流下可见光和近红外区域的电致发光(EL).     

氧化锌宽禁带半导体薄膜的发光及其p-n结特性

报道了用直流反应溅射法制备的氧化锌薄膜的近紫外发射以及热处理条件对受激发射谱的影响。同时用化学反应辅助掺杂方法生长了 p型和 n型 Zn O薄膜 ,研究了 Zn O/ Si异质结和氧化锌同质 p-n结的电压 -电流特性 (I-V特性 )     

氧化锌薄膜生长与ZnO基薄膜晶体管制备

通过金属有机化学气相沉积(MOCVD)方法生长ZnO薄膜.XRD测试显示出(002)晶面的强衍射峰,表明生长的ZnO 薄膜是主度的c轴取向.基于 ZnO 薄膜基础,我们制备了 ZnO 基薄膜晶体管.     

ZnO/p-Si异质结的I-V及C-V特性研究

通过磁控溅射Al掺杂的ZnO陶瓷靶,在p-Si片上沉积n型电导的ZnO薄膜而制备了ZnO/p-Si异质结,并通过测试其光照下的I-V、C-V特性对其光电特性以及载流子输运特性与导电机理进行了研究。研究表明ZnO/p-Si异质结存在良好的整流特性与光电响应,可以广泛应用在光电探测和太阳电池等领域。由于在ZnO/p-Si异质结界面处的导带补偿与价带补偿相差太大的缘故,在正向电压超过1V时,导电机理为空间电荷限制电流导电。同时,研究表明ZnO/p-Si异质结界面存在大量界面态,可以通过减小界面态进一步提高其光电特性。     

ZnO/p-Si异质结构的电学输运特性

采用等离子体浸没离子注入沉积方法,在p型Si衬底上制备了具有整流特性的、非故意掺杂的以及掺氮的ZnO/p-Si异质结.非故意掺杂的ZnO薄膜为n型(电子浓度为1019cm-3数量级),掺氮的ZnO薄膜为高阻(电阻率为105Ω·cm数量级).非故意掺杂的ZnO/p-Si异质结在正向偏压下,当偏压大于0.4V,电流遵循欧姆定律.然而对于掺氮的ZnO/p-Si样品,当偏压小于1.0V时,电流表现为欧姆特性,当偏压大于2.5V时,电流密度与电压的平方成正比的关系.分别用Anderson模型和空间电荷限制电流模型对非故意掺杂和掺氮的ZnO/p-Si异质结二极管的电流输运特性进行了解释.     

磁控溅射NiO/ZnO透明异质结二极管及其光电特性研究

采用磁控溅射方法在ITO玻璃基板上沉积NiO,ZnO,AZO三层透明氧化物薄膜,成功制备了NiO/ZnO透明异质结二极管.实验结果表明,PN结展示出明显的I-V整流特性,正向开启电压1V;在氙灯光照条件下,二极管反向电流在5V偏置时,达到1.5 mA.二极管在可见光的平均透过率约为25%.     

Interface properties of ZnO nanotips grown on Si substrates

ZnO nanotips have been grown on Si (100) using metalorganic chemical vapor deposition (MOCVD). The growth temperature is optimized for good crystallinity, morphology, and optical properties. ZnO nanotips exhibit a strong near band edge emission of ∼376 nm at room temperature with negligible green band emission. Pregrowth substrate treatment using diluted hydrofluoric acid (HF) and minimized oxygen exposure before the initial growth significantly reduces the interfacial SiO₂ thickness, while maintaining good morphology. An n-ZnO nanotips/p-Si diode is fabricated and its I–V characteristic is measured. The threshold voltage of the diode is found to be below 2.0 V with small reverse leakage current. The ZnO/p-Si diodes provide the possibility of integrating the ZnO nanotips with Si-based electronic devices.     

ZnO/SiC/Si异质结的光电转换特性

我们利用直流溅射制备了一系列的n-ZnO/n-SiC/p-Si和n-ZnO/p-Si异质结,通过研究他们的结构、I-V曲线、光生伏特效应和光响应谱。并且研究了他们的光电转换特性。发现n-ZnO/n-SiC/p-Si异质结的光电转换效率大约是n-ZnO/p-Si异质结的四倍。n-ZnO/n-SiC/p-Si异质结的光响应曲线也比n-ZnO/p-Si异质结强,表明n-ZnO/p-Si异质结加入3C-SiC中间层后光响应明显增强。在表面光电流谱中n-ZnO/n-SiC/p-Si异质结观察到两个拐点,而n-ZnO/p-Si异质结只观察到一个。通过以上研究可以看出3C-SiC在n-ZnO/n-SiC/p-Si异质结的光电转换中起了很大的作用.     

Photoelectric conversion characteristics of ZnO/SiC/Si heterojunctions

A series ofn-ZnO/n-SiC/p-Si and n-ZnO/p-Si heterojunctions were prepared by DC sputtering. Their struc-tural properties, Ⅰ-Ⅴ curves, photovoltaic effects and photo-response spectra were studied. The photoelectric conver-sion characteristics of n-ZnO/n-SiC/p-Si and n-ZnO/p-Si heterojunctions were investigated. It is found that the pho-toelectric conversion efficiency of the n-ZnO/n-SiC/p-Si heterojunction is about four times higher than that of the n-ZnO/p-Si heterojunction. The photovoltaic response spectrum indicated that the photoresponse curve of n-ZnO/n-SiC/p-Si increased more strongly than that of n-ZnO/p-Si with the wavelength increasing. It shows that the photore-sponse ofn-ZnO/p-Si can be enhanced when inserting a 3C-SiC layer between ZnO and Si. There is one inflexion in the photocurrent response curve of the n-ZnO/p-Si heterojunction and two inflexions in that of the n-ZnO/n-SiC/p-Si het-erojunction. It is clear that the 3C-SiC plays an important role in the photoelectric conversion of the n-ZnO/n-SiC/p-Si heterojunction.     

MgZnO/ZnO p-n异质结的制备与特性

通过金属有机化学气相沉积(MOCVD)法在GaAs衬底上制备出了MgZnO/Zn0的p-n异质结,并研究了其I-V特性:开启电压约为3.6V,结特性良好.比较了n型ZnO层与P型MgxZn1-xO层的电阻率、迁移率和载流子浓度.ZnO层的电阻率很小,载流子浓度很大;而Mgxzn1-xO层的电阻率却大幅度的增加,载流子浓度较ZnO层小了一个数量级.通过对其n型与P型层的光致发光(PL)谱的测试发现,ZnO层与Mgxzn1-xO层分别在382和370nm处存在着由自由激子复合而导致的紫外发光峰,为近带边发光.MgxZn1-xO的紫外峰明显弱于ZnO样品的,这是由于MgZnO合金中易形成分相所造成的,所以现阶段其晶体质量还不能与ZnO的相比.另外,两样品在480nm附近都存在着比较弱的深能级发光峰,这是晶体的本征缺陷或其他杂质的引入造成的,并对样品进行了X射线衍射(XRD)谱与电致发光(EL)谱等测试与分析.     

MgZnO/ZnO p-n异质结的制备与特性

通过金属有机化学气相沉积(MOCVD)法在GaAs衬底上制备出了MgZnO/Zn0的p-n异质结,并研究了其I-V特性:开启电压约为3.6V,结特性良好.比较了n型ZnO层与P型MgxZn1-xO层的电阻率、迁移率和载流子浓度.ZnO层的电阻率很小,载流子浓度很大;而Mgxzn1-xO层的电阻率却大幅度的增加,载流子浓度较ZnO层小了一个数量级.通过对其n型与P型层的光致发光(PL)谱的测试发现,ZnO层与Mgxzn1-xO层分别在382和370nm处存在着由自由激子复合而导致的紫外发光峰,为近带边发光.MgxZn1-xO的紫外峰明显弱于ZnO样品的,这是由于MgZnO合金中易形成分相所造成的,所以现阶段其晶体质量还不能与ZnO的相比.另外,两样品在480nm附近都存在着比较弱的深能级发光峰,这是晶体的本征缺陷或其他杂质的引入造成的,并对样品进行了X射线衍射(XRD)谱与电致发光(EL)谱等测试与分析.     

Temperature coefficients of grain boundary resistance variations in a ZnO/p-Si heterojunction

使用磁控反应溅射技术在Si(100)衬底上异质外延未掺杂的ZnO薄膜。制备得到的一些样品分别在氮气800°(S1)和氧气800°(S2)的条件下退火1个小时。对所有的样品进行了深能级瞬态谱(DLTS)和电流-电压(I-V)的测量。我们发现S1的晶界电阻具有正温度系数(PTC),而S2的晶界电阻具有负温度系数(NTC)。同时,S2的电流特性类似于普通的p-n结,而S1和未退火样品的电流特性呈现出双肖特基势垒的行为,这与理想的pn异质结模型的电流特性是矛盾的。结合DLTS的结果,揭示了在不同气氛下退火,导致了ZnO晶粒中的本征缺陷浓度和ZnO/p-Si异质结中的界面态密度的不同变化,影响了ZnO/p-Si异质结中的晶界势垒,产生了可调的电学特性,这个特性也许适合不同的应用。     

Temperature coefficients of grain boundary resistance variations in a ZnO/p-Si heterojunction

Heteroepitaxial undoped ZnO films were grown on Si (100)substrates by radio-frequency reactive sput tering,and then some of the samples were annealed at N<,2>-800 ℃(Sample 1,S1)and O<,2>-800℃(Sample 2,S2)for 1 h,respectively.The electrical transport characteristics of a ZnO/p-Si heterojunction were investigated.We found two interesting phenomena.First,the temperature coefficients of grain boundary resistances of S1 were positive(positive temperature coefficients,PTC)while that of both the as-grown sample and S2 were negative(negative temperature coefficients,NTC).Second,the Ⅰ-Ⅴ properties of S2 were similar to those common p-n junctions while that of both the as-grown sample and S1 had double Schottky barrier behaviors,which were in contradiction with the ideal p-n heterojunction model.Combined with the deep level transient spectra results,this revealed that the concentrations of intrinsic defects in ZnO grains and the densities of interfacial states in ZnO/p-Si heterojunction varied with the different annealing ambiences,which caused the grain boundary barriers in ZnO/p-Si heterojunction to vary.This resulted in adjustment electrical properties of ZnO/p-Si heterojunction that may be suitable in various applications.     

Effect of Lattice Mismatch on Luminescence of ZnO/Si Hetero-Structure

研究了ZnO薄膜中应力对发光的影响.实验样品为ZnO体单晶、在Si基片上直接生长的ZnO薄膜以及通过SiC过渡层在Si基片上生长的ZnO薄膜.测量了这三种样品的X射线衍射图形、喇曼光谱和光致发光光谱.由X射线衍射图形可以看出,由于SiC过渡层缓解了ZnO与Si之间的晶格失配,使得通过SiC过渡层在Si上生长的ZnO薄膜的结晶质量好于直接在Si上生长的ZnO薄膜的质量.进一步通过喇曼谱测量发现,与ZnO体单晶相比,直接在Si上生长的ZnO薄膜的E2(high)峰红移1.9cm-1,根据喇曼谱峰位移与应力的关系可以推出薄膜中存在0.4GPa的张应力;而通过SiC过渡层在Si上生长的ZnO薄膜的E2(high)峰红移0.9cm-1,对应着0.2GPa的张应力.对照X射线衍射图形的结果可以看出,薄膜中张应力的大小与薄膜的结晶质量密切相关,表明张应力来源于外延层和基片间的晶格失配,晶格失配越大,外延层中产生的张应力越大.有无SiC过渡层的两种薄膜样品的PL光谱中都存在紫外和绿光两种谱带,随样品热处理时氧气分压增加,两种样品都出现绿光增强的相似的变化规律,但有SiC过渡层的样品的变化幅度较小.这一结果说明,绿色发光中心与薄膜的质量,也就是与薄膜中存在的张应力大小有关.在以往研究中得出的非故意掺杂ZnO薄膜的绿色发光中心来源于氧反位缺陷(Ozn),文中研究的结果正好可以解释氧反位缺陷形成的原因.由于薄膜中存在张应力,使得样品的能量升高,其结果必然会产生缺陷来释放张应力,以便降低系统能量.而氧离子半径大于锌离子半径,氧替位锌有利于释放张应力,也就是说,在存在张应力的情况下,Ozn的形成能降低.这一结果进一步证明Si上生长的ZnO薄膜中的绿色发光中心与氧反位缺陷有关.