Si(111)衬底上生长的立方MgxZn1-xO晶体薄膜

在国际上第一次采用电子束反应蒸发法在Si(111)衬底上生长了MgxZn1-xO晶体薄膜.能量色散X射线(EDX)特征能谱及X射线衍射(XRD)分析表明薄膜呈立方结构,薄膜的晶面取向依赖于生长温度,在200C温度下生长得到高度(200)取向的立方MgxZn1-xO薄膜,温度过高时得到多晶薄膜.对高度(200)取向的立方MgxZn1-xO薄膜的光荧光激发谱(PLE)分析表明其光学带隙为4.20eV,相对于MgO的带隙红移量为3.50eV.XRD分析还表明立方MgxZn1-xO薄膜与MgO衬底之间的晶格失配仅为0.16%.这使得高质量立方MgxZn1-xO/MgO多量子阱材料的制备成为可能.     

超声喷雾热解法制备MgxZn1-xO薄膜及其性能研究

采用超声喷雾热解法在石英玻璃衬底上生长出不同组分的宽禁带MgxZn1-xO薄膜(z=0、0.08、0.16、0.25).通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和分光光度计等分析测试手段对MgxZn1-xO薄膜的晶体结构、透光性及禁带宽度进行了研究.结果表明,随着Mg含量的增加,MgxZn1-xO薄膜仍然保持着ZnO的纤锌矿结构,没有生成MgO相,Mg可以有效地溶入ZnO的晶格中.MgxZn1-xO薄膜具有良好的透光性,在可见波段的光透过率达85%以上;此外,随着Mg含量的增加,MgxZn1-xO薄膜的吸收边出现蓝移现象,禁带宽度从3.30eV增大到3.54eV.     

磁控溅射MgxZn1-xO薄膜的结构与光学性能研究

利用射频磁控溅射技术在玻璃衬底上沉积了MgxZn1-xO(x=0～0.2)薄膜.采用X射线衍射仪、紫外-可见光分光光度计和荧光光谱仪研究了Mg掺杂量对MgxZn1-xO薄膜结构与光学性能的影响.XRD图谱表明,MgxZn1-xO薄膜均为六角纤锌矿结构,并且呈现出C轴择优生长特性,当x>0.1时薄膜出现(100)面衍射峰,薄膜的c轴择优生长特性减弱,随着x值的增加,晶格常数c逐渐减小.紫外可见光透射光谱表明,Mg的掺入提高了薄膜在可见光范围内的透过率,同时使薄膜的禁带宽度增大.PL谱分析显示,Mg的掺入使薄膜的紫外发射峰和蓝光发射带发生蓝移,当x=0.1时近带边发射峰与杂质发射的强度比值最高.     

Si(111)衬底上生长的立方MgxZn1-x晶体薄膜

在国际上第一次采用电子束反应蒸发法在Si(111)衬底上生长了MgxZn1-xO晶体薄膜。能量色散X射线(EDX)特征能谱及X射线衍射(XRD)分析表明薄膜呈立方结构，薄膜的晶面取向依赖于生长温度，在200℃温度下生长得到高度(200)取向的立方MgxZn1-xO薄膜，温度过高时得到多晶薄膜。对高度(200)取向的立方MgxZn1-xO薄膜的光荧光激发谱(PLE)分析表明其光学带隙为4．20eV，相对于MgO的带隙红移量为3．50eV。XRD分析还表明立方MgxZn1-xO薄膜与MgO衬底之间的晶格失配仅为0．16％。这使得高质量立方MgxZn1-xO多量子阱材料的制备成为可能。     

带隙可调的宽禁带半导体MgxZn1-xO薄膜研究进展

MgxZn1-xO薄膜是一种新型宽禁带半导体薄膜,在兼顾ZnO、MgO材料性能的同时,具有带隙连续可调的特点,近年来逐渐成为半导体光电功能材料与器件的研究热点之一。本文从MgxZn1-xO薄膜的基本特性、制备方法、应用研究等方面进行了分析和评述,并对其应用前景进行了展望。     

立方相MgxZn1-xO纳米晶体薄膜的物理特性

介绍了在Si衬底和石英玻璃衬底上生长的立方相MgxZn1-xO(0.55≤x≤1)晶体薄膜的物理特性,AFM和XRD等微结构特性表征显示了良好的表面形貌和高度的(111)取向生长特性.采用Manifacier方法,根据透射光谱中的干涉峰,计算得到立方相MgxZn1-xO薄膜的折射率.与已报道的六方相MgxZn1-xO(0≤x≤0.5)薄膜的折射率相类似,在400～800nm的可见光区域,不同Mg含量的立方相MgxZn1-xO薄膜,其折射率随入射波长的色散关系遵循一阶Sellmeier方程.对给定400nm的入射光波长,当薄膜中的Mg含量由55%增至100%时,其折射率由1.89衰减至1.73.     

MgxZn1-xO单晶薄膜的分子束外延生长及结构表征

用等离子辅助分子束外延(P-MBE)的方法,在蓝宝石c-平面上外延生长了MgxZn1-xO合金薄膜.在0≤x≤0.2范围内MgxZn1-xO薄膜保持着六角纤锌矿结构不变.原位反射式高能电子衍射图样和X射线双晶衍射谱的结果表明生长的样品是单晶薄膜.随着x值逐渐增大,Mg2+离子逐渐进入ZnO的晶格,X射线双晶衍射测得样品的(002)取向的半高宽度从0.249°增加到0.708°,表明结晶质量逐渐下降,(002)方向的X射线衍射峰向大角度方向移动,晶格常数c由5.205(A)减小到5.185(A).透射光谱的结果表明,合金薄膜的吸收边随着Mg离子的掺入逐渐向高能侧移动,室温光致发光谱出现很强的紫外发光(NBE)峰,没有观察到深能级(DL)发射,且随着Mg掺入量的增加,紫外发光峰有明显的蓝移,这与透射光谱的结果是相吻合的.     

溅射法生长 MgxZn1- xO薄膜的结构和光学特性

用射频磁控溅射法在不同衬底上制备出了MgxZn1-xO薄膜。X射线衍射(XRD)和原子力显微镜(AFM)研究结果表明,薄膜为六角纤锌矿结构,具有(002)方向择优取向;随氧分压增加,(002)衍射峰的角度变大,表征薄膜表面粗糙程度的方均根粗糙度减小。室温光致发光谱中有多个紫外及可见光致发光峰,其中344nm发光峰应来源于近带边发射。室温透射谱表明薄膜在可见光区具有极高的透过率,薄膜的吸收边位于340nm附近,进而估算出Mg、Zn1-xO薄膜的带隙宽度为3．59eV,与光致发光结果一致。     

溶胶-凝胶法制备MgxZn1-xO薄膜及性能研究

采用溶胶-凝胶法在石英玻璃片衬底上制备了Mg2+掺杂的ZnO(MgxZn1-xO)薄膜,研究了Mg2+掺杂对ZnO薄膜结构和紫外透过率的影响;在氧化物薄膜上真空蒸镀了Al叉指电极,制得紫外原型探测器件,测试了I-Ⅴ特性.结果表明,Mg2+掺杂后,MgxZn1-xO薄膜为纤锌矿结构,随着x值增加,晶格常数c逐渐减少,α逐渐增大,Mg2+掺杂抑制了(002)晶面的生长;紫外透过光谱表明,Mg2+掺杂后吸收边发生蓝移,可提高ZnO薄膜的禁带宽度;I-Ⅴ特性曲线表明,正向偏压下探测器的暗电流和光照电流随外加偏压呈线性增长,但光照电流与暗电流的差别较大.     

退火对立方相 MgxZn1-xO薄膜的结构和光学性质影响

在蓝宝石（0001）衬底上低温生长立方相MgxZn1-xO（x〉0．5）晶体薄膜，用X射线衍射（XRD）和透射光谱分析高温退火对薄膜的结构和光学性质的影响．结果表明;对Mg0．53Zn0．47O薄膜，在900℃的退火温度下，（0002）衍射峰以及透射光谱上双吸收边的出现均表明有六方结构从其立方结构中分离出来；但对于Mg含量高于55％的样品，即使经历了1000℃的高温退火，也不会有任何相分裂现象出现．而电学测试结果表明，高温下热稳定性良好的立方相Mg0．55Zn0．45O晶体薄膜还能用于金属-绝缘体-半导体的绝缘层，并且漏电流小．由此可以判断，x≥0．55的超饱和MgZn1-xO薄膜具有稳定的立方相晶体结构和优良的光学、电学性质，因而是制作高质量的光电子器件和量子阱激光器的理想材料．     

CNx薄膜的制备和光电性能

以单晶硅片(100)和镀Pt硅片为衬底,用电化学沉积方法在阴极制备出CNx薄膜(x接近于1),薄膜的表面平滑,颗粒均匀.热处理后得到了β-C3N4和α-C3N4多晶结构薄膜.热处理温度的提高使薄膜中的C≡N键逐渐减少而消失,氮元素的流失使薄膜中非晶碳的成分增多,但是薄膜中碳氮逐渐以sp3C-N为主.薄膜的能带在1.1～1.8 eV之间,氮含量对能带大小影响较大.热处理使薄膜的电阻率(高于108Ω@cm)变化不大.氮含量影响PL谱中3.0和3.5 eV处发射峰的峰强,不影响峰位.     

低温生长Zn1-xCoxO(x=0.33)薄膜的微结构和磁性

用电子束反应蒸镀法在低温生长了Zn1-xCoxO薄膜.Co含量x高达0.33的Zn1-xCoxO薄膜仍具有类ZnO的纤锌矿结构,没有杂质相,Co的化合价为 2.场冷和零场冷M-T及M-H曲线表明,Zn1-xCoxO(x=0.33)薄膜在低温下具有铁磁性;随着温度的升高,其剩磁和矫顽力均逐渐下降,在65 K以上趋于零,显示出超顺磁性.Zn1xCoxO薄膜的低温铁磁性起源于Co2 离子之间的双交换相互作用及载流子诱导的sP d交换耦合作用,而从低温(＜65 K)铁磁态到高温(＞65 K)超顺磁态的转变可归因于薄膜的纳米晶小尺寸效应.     

衬底温度对电子束反应蒸发生长的ZnxCo1-xO薄膜性能的影响

采用电子束反应蒸发法生长ZnxCo1-xO薄膜。通过X射线衍射、场发射扫描电子显微镜、光致荧光光谱（PL）、室温M-H曲线等测量研究衬底温度对Zn0∞C00-250薄膜微结构及光学、磁学特性的影响。结果表明，250～350℃温度范围内生长的Zn0.75Co0.25O薄膜具有单一的纤锌矿结构，但当温度超过400℃时产生CoO杂相偏析。在300或350℃衬底温度下生长Zn0.75Co0.25O薄膜具有室温铁磁性，PL测量结果表明Zn0.75Co0.25O薄膜的室温铁磁性很可能起源于氧空位缺陷诱导的自旋劈裂杂质带机制．而250℃生长Zn0.75Co0.25O薄膜在室温下呈现超顺磁性，超顺磁性的产生是Zn0.75Co0.25O晶粒的小尺寸效应所导致。     

纳米结构TiN薄膜的制备及其摩擦学性能

在室温条件下,用磁过滤等离子体装置在单晶硅基底上制备了纳米结构TiN薄膜分析了薄膜的表面形貌、晶体结构,测量了TiN薄膜的硬度,研究了基底偏压对薄膜结构性能的影响.结果表明,用此方法制备的TiN薄膜表面平整光滑,颗粒尺寸为50～80 nm;随着基底偏压的增大薄膜发生(111)面的择优取向随着偏压的提高,薄膜的颗粒度稍有增大,摩擦系数增大,偏压提高,晶面在较密排的(111)面有强烈的择优取向,硬度也有所增大.在其它条件相同的情况下载荷越大,摩擦系数越大.不起用磁过滤等离子体法制备的纳米结构TiN薄膜具有较低的摩擦系数(0.14～0.25).     

Fe和Fe3O4硫化制备的FeS2薄膜的性能

用溅射Fe和电沉积Fe3O4先驱体硫化制备出FeS2薄膜,研究了不同先驱体对硫化过程和FeS2薄膜性能的影响．结果表明,两种先驱体结晶成的FeS2能够在一定程度上保留先驱体形貌特征．Fe生成FeS2的热力学驱动力比较高,虽然可能生成FeS的过渡相;Fe硫化生成的薄膜平整致密,晶粒生长比较充分,尺寸较大,其禁带宽度接近理论值．Fe3O4硫化生成FeS2的热力学驱动力较低,生成的薄膜表面疏松多孔,晶粒细小;薄膜的晶界等面缺陷比例较大和几何连续性较低使其电阻率较高、禁带宽度和载流子迁移率低于Fe膜硫化FeS2薄膜．     

锡基氧化物薄膜的制备与电化学性能

制备了SnOx（1≤x≤2）薄膜,研究了氧化温度对薄膜形貌、结构及性质的影响．结果表明,SnOz薄膜表面光滑．厚度均匀且致密,由纳米尺寸、分布均匀的晶形颗粒组成,颗粒粒径随着氧化温度的升高而逐渐变大;SnOx薄膜电极初始可逆容量随着氧化温度的升高而降低,首次容量损失则随氧化温度的升高而增大．在温度为600℃氧化2h,SnOx薄膜的可再充放电性能最好．     

ITO上磁控溅射ZnO薄膜及其光电性质

在ITO(In2O3:Sn)衬底上射频溅射ZnO薄膜,研究了射频溅射功率对ZnO薄膜的晶体结构,表面形貌及光学透过率的影响.结果表明,随着射频功率的提高,沿(002)方向生长的ZnO薄膜的结晶度显著增强,薄膜的表面颗粒略有减小,表面粗糙度由13.13 nm降低到5.06 nm.在300～400 nm波长范围内薄膜的光学透过率随着射频功率的增加而降低.在双层薄膜中空间内建电场的存在有助于光生电子和空穴有效地分离,使ZnO/ITO双层薄膜具有较强的光电响应能力,光电流达14μA.