900℃空气退火对L-MBE生长的ZnO薄膜发光特性的影响

采用激光分子束外延法在蓝宝石衬底(0001)上生长了高度c轴择优取向的高质量ZnO薄膜,在空气中对生长的薄膜进行900℃退火处理,并对退火前后样品的结晶质量、发光特性采用X射线衍射(XRD)、变温光致发光(PL)研究.退火处理后的ZnO薄膜(0002)面XRDθ-2θ扫描曲线强度明显增强.在光致发光实验中,观测到薄膜分别在3.352,3.309和3.237eV附近有3个明显的近紫外发光峰,分别对应自由激子发射、中性施主或受主束缚激子I9及其声子伴线1Lo.随着温度升高,峰位逐渐向长波方向移动(即所谓"红移"),半高宽(FWHM)逐渐展宽;在发光谱中,来自于晶体缺陷的深能级(DL)区发光强度极小.     

退火温度对ZnO薄膜结构和发光性能的影响

采用常压金属有机物化学气相淀积法在(0001)Al2O3衬底上生长出高质量ZnO单晶膜,在空气中进行了710～860℃不同温度的退火处理.用X射线双晶衍射、光致发光法研究了退火温度对ZnO薄膜的结构、发光性能的影响.ZnO(002)面X射线双晶ω扫描曲线的半高宽(FWHM) 随退火温度的升高变小,770℃后基本保持不变,ZnO(102)面双晶ω扫描曲线的FWHM一直变小.770℃退火后ZnO样品X射线ω-2θ扫描曲线中出现ZnO2(200)衍射峰.同时,光致发光测试表明,随着退火温度升高,带边发光强度减弱,与深能级有关的绿带发光出现并逐渐增强.通过ICP刻蚀,去除退火后样品的表面层,ω-2θ扫描曲线中ZnO2(200)衍射峰和PL谱中绿带发光均消失,表明ZnO2相和深能级缺陷在样品表面.     

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.     

热氧化制备钠米氧化锌薄膜的光致发光特性研究

报道了热氧化制备钠米ZnO薄膜的光致发光.首先利用低压金属有机化学气相淀积(LP-MOCVD)工艺,在硅(100)衬底上制备了高质量的ZnS薄膜,然后在氧气环境下,在不同的温度下进行热氧化.X射线衍射(XRD)测量表明:在500℃退火的样品ZnS开始向ZnO转变.当退火温度为700℃时,ZnS衍射峰消失,说明ZnS完全地转变成ZnO.制备的ZnO薄膜具有六角纤锌矿型结构,但没有择优取向.在光致发光实验中,随着退火温度升高,紫外发光峰位明显地出现蓝移,而半高宽度(FWHM)逐渐变窄,直到900℃,而1000℃退火的样品出现相反的实验现象.我们认为束缚激子发射在紫外光致发光(PL)中起着重要作用,光致发光的强度与退火温度关系表现为较强的非线性.紫外发光强度与深能级发射之比是20,表明ZnO薄膜的高质量结晶.(OH18)     

退火对MOCVD法生长ZnO薄膜性能的影响

采用MOCVD方法在(001)Si衬底上生长ZnO薄膜,并在空气中800℃退火1 h.生长及退火样品的XRD图谱均显示了较强的(002)ZnO衍射峰,表明ZnO薄膜为c轴高取向生长.光电子能谱(XPS)分析显示,退火后ZnO薄膜从富Zn生长变为富O生长.在样品的室温PL 谱中,观察到未退火样品的紫外发射峰的中心为3.28 eV,并观察到退火样品位于3.30 eV的自由激子发射峰和位于3.23 eV的施主-受主对的复合发光峰.实验结果表明,退火后ZnO薄膜的晶体质量得到提高.     

生长温度对ZnO薄膜性能的影响

采用常压金属有机化学气相沉积技术在Al2O3(0001)衬底上生长出高质量的ZnO薄膜.用X射线双晶衍射ω和θ-2θ扫描、室温光致发光研究了不同生长温度对ZnO薄膜的结构、发光性能的影响.结果表明,随着生长温度的升高,ZnO薄膜的c轴晶格常数逐渐增大,a轴晶格常数逐渐变小,同时带隙相应逐渐增大.     

生长温度对ZnO薄膜性能的影响

采用常压金属有机化学气相沉积技术在Al2O3(0001)衬底上生长出高质量的ZnO薄膜.用X射线双晶衍射ω和θ-2θ扫描、室温光致发光研究了不同生长温度对ZnO薄膜的结构、发光性能的影响.结果表明,随着生长温度的升高,ZnO薄膜的c轴晶格常数逐渐增大,a轴晶格常数逐渐变小,同时带隙相应逐渐增大.     

退火温度对ZnO薄膜结构和发光性能的影响

采用常压金属有机物化学气相淀积法在(0001)Al2O3衬底上生长出高质量ZnO单晶膜,在空气中进行了710～860℃不同温度的退火处理．用X射线双晶衍射、光致发光法研究了退火温度对ZnO薄膜的结构、发光性能的影响．ZnO（002）面X射线双晶ω扫描曲线的半高宽(FWHM) 随退火温度的升高变小,770℃后基本保持不变,ZnO（102）面双晶ω扫描曲线的FWHM一直变小．770℃退火后ZnO样品X射线ω-2θ扫描曲线中出现ZnO2（200）衍射峰．同时,光致发光测试表明,随着退火温度升高,带边发光强度减弱,与深能级有关的绿带发光出现并逐渐增强．通过ICP刻蚀,去除退火后样品的表面层,ω-2θ扫描曲线中ZnO2（200）衍射峰和PL谱中绿带发光均消失,表明ZnO2相和深能级缺陷在样品表面．     

表面覆盖退火对ZnO薄膜光学性质的影响

研究了暴露在空气中退火和表面覆盖蓝宝石基板退火对MOCVD生长的ZnO薄膜光学性质的影响.研究发现,暴露在空气中退火虽可以去除薄膜中的氢杂质,并在低温光致发光(PL)谱中观察到与氢相关的束缚激子峰消失,但是退火后样品室温PL谱中可观察到很强的可见光发射,表明样品中引入了大量的深能级,样品的自由激子发光没有增强.而表面覆盖蓝宝石基板退火的样品,有效去除了氢杂质,但没有观察到可见光发射,说明表面覆盖蓝宝石基板退火可以有效地保护ZnO表面不分解,不生成深能级中心.由于激子束缚中心的减少,表面覆盖退火样品的自由激子发射大大增强.     

表面覆盖退火对ZnO薄膜光学性质的影响

研究了暴露在空气中退火和表面覆盖蓝宝石基板退火对MOCVD生长的ZnO薄膜光学性质的影响.研究发现,暴露在空气中退火虽可以去除薄膜中的氢杂质,并在低温光致发光(PL)谱中观察到与氢相关的束缚激子峰消失,但是退火后样品室温PL谱中可观察到很强的可见光发射,表明样品中引入了大量的深能级,样品的自由激子发光没有增强.而表面覆盖蓝宝石基板退火的样品,有效去除了氢杂质,但没有观察到可见光发射,说明表面覆盖蓝宝石基板退火可以有效地保护ZnO表面不分解,不生成深能级中心.由于激子束缚中心的减少,表面覆盖退火样品的自由激子发射大大增强.     

基于PLD法制备ZnO:Eu3+,Li+薄膜的发光性质研究

采用脉冲激光沉积(PLD)技术在Si(111)衬底上生长了Eu3+、Li+共掺杂的ZnO薄膜。分别对样品进行了X射线衍射(XRD)谱测试和光致发光(PL)谱分析,重点研究了退火处理对样品结构和发射光谱的影响。XRD谱测试表明,样品具有很好的C轴择优取向。PL谱研究表明,当用325nm光激发样品时,样品的发射光谱仅由ZnO基质的紫外发射和蓝光发射组成,并没有发现稀土Eu3+的特征发光峰;样品的蓝光发射源于电子从Zn填隙形成的浅施主能级到Zn空位形成的浅受主能级跃迁;和真空中退火的样品相比,O2中制备的样品的蓝光发射减弱,紫外发光增强。用395nm的光激发时,退火前样品分别在594nm和613nm处存在两个明显的Eu3+特征发光峰,退火后的样品仅发现Eu3+位于594nm的特征发光峰,这表明,退火处理不利于稀土离子的特征发射,但O2中退火的样品ZnO基质红绿波段发射光谱明显增强。     

Effect of Surface-Covered Annealing on the Optical Properties of ZnO Films Grown by MOCVD

研究了暴露在空气中退火和表面覆盖蓝宝石基板退火对MOCVD生长的ZnO薄膜光学性质的影响. 研究发现，暴露在空气中退火虽可以去除薄膜中的氢杂质，并在低温光致发光(PL)谱中观察到与氢相关的束缚激子峰消失，但是退火后样品室温PL谱中可观察到很强的可见光发射，表明样品中引入了大量的深能级，样品的自由激子发光没有增强. 而表面覆盖蓝宝石基板退火的样品，有效去除了氢杂质，但没有观察到可见光发射，说明表面覆盖蓝宝石基板退火可以有效地保护ZnO表面不分解，不生成深能级中心. 由于激子束缚中心的减少，表面覆盖退火样品的自由激子发射大大增强.     

Si衬底的氮化处理对ZnO薄膜质量的影响

用氮化处理的方法对Si衬底的表面进行钝化,外延生长出高质量的ZnO薄膜。ZnO薄膜的质量通过X 射线(XRD)、阴极射线(CL)谱和光致发光(PL)谱来表征。氮化的作用主要表现在生长ZnO薄膜的XRD的半高宽由未经氮化的0.25°;减小为经氮化后的0.20°,CL谱的紫外发光增强,深缺陷发光变弱。这说明,在ZnO外延生长前,对Si表面的氮化是一种提高其质量的有效方法。并对氮化处理提高ZnO薄膜质量的机理进行了探索。     

ZnO薄膜及ZnO-TFT的性能研究

采用MOCVD法在SiNx绝缘薄膜上生长了ZnO薄膜,通过X射线衍射与光致发光光谱表征了ZnO薄膜的质量.其结果是:XRD特征峰半高全宽0.176°,光致发光仅有381.1nm的发光峰,展现了ZnO薄膜光电特性的优势.制备了底栅型ZnO薄膜晶体管,测试表明器件具有明显的场效应特性及饱和特性.     

两步法生长ZnO纳米棒的结构及其发光特性

应用两步法在玻璃衬底上制备了高度取向的ZnO纳米棒,并研究了衬底和反应时间等参数对其结构及发光特性的影响。从样品的扫描电镜(SEM)图中发现,利用脉冲激光沉积(PLD)方法在玻璃衬底上生长一层ZnO薄膜作为修饰层,可以明显提高水热法生长的ZnO纳米棒的结晶质量。样品的SEM和光致发光(PL)谱表明,在有ZnO修饰层的玻璃衬底上生长的ZnO纳米棒分布均匀,排列致密,取向性好;缺陷发光的发光强度约是激子发光峰的2倍,且随着反应时间增长,样品的缺陷发光增强而激子发光减弱。     

Y_2O_3∶Eu薄膜的制备及其发光性能研究

用电子束蒸发方法在ITO基片上生长Y2O3∶Eu荧光薄膜,并在不同条件下退火处理。分别用X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(KPS)、扫描电子显微镜(SEM)和光致发光(PL)谱表征Y2O3∶Eu荧光薄膜的结构、成分、形貌和发光性能。实验表明:随着温度升高,薄膜的结晶程度提高,弥补了薄膜晶体表面的表面缺陷,提高了薄膜的发光性能;600℃退火处理的光致发光中,617nm和596nm的谱线最强。     

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。     

Y2O3:Eu薄膜的制备及其发光性能研究

用电子束蒸发方法在ITO基片上生长Y2O3：Eu荧光薄膜．并在不同条件下退火处理。分别用X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(KPS)、扫描电于显微镜(SEM)和光致发光(PL)谱表征Y2O3：Eu荧光薄膜的结构、成分、形貌和发光性能。实验表明：随着温度升高,薄膜的结晶程度提高,弥补了薄膜晶体表面的表面缺陷,提高了薄膜的发光性能：600 O退火处理的光致发光中,617nm和596nm的谱线最强。     

磁控溅射法在LiNbO3衬底上制备ZnO薄膜及性能研究

采用磁控溅射法在(001)LiNbO3衬底上制备了ZnO薄膜,并对其进行了退火处理.利用X射线衍射仪(XRD)、紫外一可见光谱仪和光致发光谱(PL)对ZnO薄膜的结构和光学性能进行了分析.结果表明,ZnO薄膜具有(002)的择优取向,退火后ZnO薄膜的(002)衍射峰的强度增强,半高宽减小,(002)峰向高角度方向移动.退火后样品可见光透过率增加,光学带隙发生红移.退火后的样品,紫外发光峰强度增强,可见光发光峰强度相对减弱.     

ZnO/Si纳米孔柱阵列的真空蒸镀及其光致发光特性

以硅纳米孔柱阵列(Si-NPA)为衬底,通过采用真空蒸镀技术沉积金属锌,再在纯氧气氛中进行氧化退火的方法,制备出具有阵列特征的ZnO/Si-NPA异质结构材料.研究发现,ZnO/Si-NPA的表面形貌、结构和光致发光特性强烈依赖于氧化退火温度.当氧化退火温度低于400 ℃时,样品的发光主要来自于Si-NPA衬底;当氧化退火温度高于700 ℃时,样品的发光主要来自于ZnO薄膜;经过600 ℃氧化退火的样品则同时包含有来自于Si-NPA和ZnO薄膜的发光.上述结果表明,通过控制ZnO/Si-NPA制备过程中的氧化退火温度,可以在一定程度上实现对其光致发光谱的有效调控.这对未来制备具有特定功能的半导体光电器件具有重要的实际意义.