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.     

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.     

退火温度对生长在TiO2缓冲层上的ZnO薄膜的影响

采用电子束蒸发技术在TiO2缓冲层上沉积了ZnO薄膜,研究了不同的退火温度对薄膜晶化质量及发光性质的影响.利用X射线衍射仪和扫描探针显微镜分析了薄膜样品的结构性质,利用荧光光谱仪研究了薄膜样品的光致发光性质.分析结果表明,退火处理后的ZnO薄膜都沿c轴择优牛长.在600℃下退火的样品具有最强的(002)衍射峰、最强的紫外发射和最弱的可见光发射,其晶粒大小均匀.紧密堆积.而对于在500和700℃下退火的样品,其可见光发射较强.这表明在600℃下退火的样品具有最好的晶化质量.     

磁控溅射法制备Ag掺杂p型ZnO薄膜的研究

采用磁控溅射法在石英玻璃基片上生长ZnO和ZnO:Ag薄膜。借助于SEM、XRD、霍尔测试、透射谱测试等方法,分析了O2气氛下退火温度对薄膜结构和电学性能的影响。霍尔测试结果表明,Ag掺杂ZnO薄膜经过600℃的O2气氛中热处理转变为p型电导。薄膜的XRD测试表明晶粒大小随退火温度升高而增大,所有薄膜样品只出现(002)衍射峰,呈现c轴取向生长。薄膜对可见光的透过率大于83%,其吸收限为378nm。     

退火温度对生长在TiO2缓冲层上的ZnO薄膜的影响

采用电子束蒸发技术在TiO2缓冲层上沉积了ZnO薄膜,研究了不同的退火温度对薄膜晶化质量及发光性质的影响. 利用X射线衍射仪和扫描探针显微镜分析了薄膜样品的结构性质,利用荧光光谱仪研究了薄膜样品的光致发光性质. 分析结果表明,退火处理后的ZnO薄膜都沿c轴择优生长. 在600℃下退火的样品具有最强的（002）衍射峰、最强的紫外发射和最弱的可见光发射,其晶粒大小均匀,紧密堆积. 而对于在500和700℃下退火的样品,其可见光发射较强. 这表明在600℃下退火的样品具有最好的晶化质量.     

真空退火时间对ZAO薄膜的结构与性能的影响

采用射频磁控溅射法制备了Al掺杂ZnO(ZAO)薄膜,研究了真空退火对其组织结构和光电性能的影响规律.结果表明,所制备的ZAO薄膜厚度均匀、组织致密,具有(002)择优取向的六方纤锌矿结构,400℃真空退火后,薄膜晶粒粗大,(002)晶面择优取向性进一步加强.延长退火时间对薄膜的相结构、组织形貌及晶粒大小没有明显的影响.随着退火时间的增加,薄膜的电阻率呈降低趋势,退火3 h时电阻率最低,为2.25×10-3Ω·cm,但长时间退火,电阻率变化不大.薄膜样品的透光率随真空退火时间的延长先降低,后升高,再降低;样品在真空退火4 h时对可见光的平均透过率最佳,在80%以上.退火后,ZAO薄膜的吸收边发生了蓝移现象,光学禁带宽度增大.     

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.     

掺TiO2的ZnO薄膜气敏特性研究

用直流磁控溅射法分别在Si(111)基片及陶瓷基片上制备掺有TiO2的ZnO薄膜,并进行500℃、700℃退火处理,对掺杂前后ZnO薄膜进行XRD分析,测试各掺杂样品气敏特性.500℃退火后,各掺杂样品对有机气体有较高的灵敏度,随着掺杂时间延长,气敏特性提高.700℃退火后,2 min掺杂的样品对乙醇有很高的灵敏度和很好的选择性,最佳工作温度为220℃左右.而其他掺杂量的样品对乙醇气体灵敏度低,随着掺杂时间延长,气敏特性降低.     

溶胶-凝胶法制备掺镉ZnO薄膜及光学禁带研究

主要研究掺镉ZnO薄膜的光学禁带。采用溶胶-凝胶(Sol-Gel)旋转涂覆法,在Si(100)上生长掺镉ZnO薄膜,对薄膜的XRD分析表明,掺镉ZnO薄膜仍为六角纤锌矿结构,并沿c轴择优取向生长。通过实验优化出本工艺条件下的较佳参数:退火温度为800℃,x(Cd)=6%~8%;以普通玻璃为基片的透射光谱表明掺镉ZnO薄膜的禁带宽度约为3.22 eV,比纯ZnO晶体禁带宽度3.30 eV明显减小,适度掺镉可降低薄膜的光学禁带宽度。     

ZnO薄膜的丙酮气敏特性研究

用直流磁控反应溅射法,分别在Si(111)基片及Al2O3陶瓷基片上制备了ZnO薄膜,并进行TiO2、SnO2、Al2O3或CuO的掺杂和退火处理。用XRD分析了退火前后晶型的变化,利用气敏测试系统对各样品进行了气敏特性测试。结果表明:经过700℃退火后的样品,在最佳工作温度为220℃时,对丙酮有很好的选择性和很高的灵敏度(34.794)。掺杂TiO2或SnO2,可提高ZnO薄膜传感器对丙酮的灵敏度(57.963)。     

ZnO薄膜的结构与光学性能研究

采用sol-gel法在石英衬底上制备了ZnO薄膜,通过改变溶胶浓度、涂敷层数及退火温度,研究了ZnO薄膜的形貌、结构性能及光学性能。结果表明,薄膜具有六方纤锌矿结构,表面均匀致密,晶粒大小在25～35nm之间,Zn含量为0.8mol/L的溶胶经旋涂并在500℃下退火1h后可获得最高的可见光透射率,平均透射率约为94%。获得的ZnO薄膜的光学带隙在3.27～3.29eV之间。     

ZnO纳米棒/薄膜结构的电沉积制备及性能

以阳离子表面活性剂——十六烷三甲基氯化铵(CTAC)作为添加剂,采用电沉积法在氧化铟锡玻璃基板上制备了ZnO薄膜。并研究了CTAC含量对阴极电流密度、结构、表面形貌、化学态和光学性能的影响。实验发现阴极电流密度和(002)择优取向随CTAC含量的增加而增加。电沉积氧化锌薄膜的表面形貌随CTAC含量的增加由小晶粒变为纳米棒,这表明CTAC在控制表面形貌方面有很重要的作用。X-射线光电子能谱表明Zn2p3/2,Zn2p1/2,O1s的峰位分别为1020.78eV、1046.88eV和530.8eV。CTAC对电沉积的影响可能是由于CTAC的吸附作用改变了不同晶面的表面能和生长动力学。此外,研究了ZnO薄膜的光学性能,结果表明当CTAC含量为3.0mmol/L时,薄膜具有较好的透光性和紫外发射性能。添加不同含量CTAC的ZnO薄膜禁带宽度介于3.27～3.52eV。     

PLD法制备ZnO薄膜的退火特性和蓝光机制研究

通过脉冲激光沉积(PLD)方法,在O2中和100～500℃衬底温度下,用粉末靶在Si(111)衬底上制备了ZnO薄膜,在300℃温度下生长的薄膜在400～800℃温度和N2氛围中进行了退火处理,用X射线衍射(XRD)谱、原子力显微镜(AFM)和光致发光(PL)谱表征薄膜的结构和光学特性。XRD谱显示,在生长温度300℃时获得较好的复晶薄膜,在退火温度700℃时获得最好的六方结构的结晶薄膜;AFM显示,在此退火条件下,薄膜表面平整、晶粒均匀;PL谱结果显示,在700℃退火时有最好的光学特性。     

退火温度对纳米ZnO薄膜结构与发光特性的影响

利用溶胶鄄凝胶法在硅衬底上制备了纳米ZnO薄膜。研究了热处理对ZnO薄膜的质量与发光性能的影响。结果表明,纳米ZnO薄膜具有六方纤锌矿结构,并且,随着退火温度的升高,ZnO的晶粒变大,c轴取向性变好,紫外发光强度增强。     

P-type ZnO thin films prepared by in situ oxidation of DC sputtered Zn3N2:Ga

The feasibility of a new fabrication route for N and Ga codoped p-type ZnO thin films on glass substrates, consisting of DC sputtering deposition of Zn3N2:Ga precursors followed by in situ oxidation in high purity oxygen, has been studied. The effects of oxidation temperature on the structural, optical and electrical properties of the samples were investigated by X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), optical transmittance and Hall effect measurements. The results were compared to a control film without Ga. XRD analyses revealed that the Zn3N2 films entirely transformed into ZnO films after annealing Zn3N2 films in oxygen over 500 ℃ for 2 h. Hall effect measurements confirmed p-type conduction in N and Ga codoped ZnO films with a low resistivity of 19.8 Ω·cm, a high hole concentration of 4.6 × 1018 cm-3 and a Hall mobility of 0.7 cm2/(V·s). These results demonstrate a promising approach to fabricate low resistivity p-type ZnO with high hole concentration.     

Optical and electrical properties of epitaxial (Mg,Cd)xZn1−xO, ZnO, and ZnO:(Ga,Al) thin films on c-plane sapphire grown by pulsed laser deposition

A consistent set of epitaxial, n-type conducting ZnO thin films, nominally undoped, doped with Ga or Al, or alloyed with Mg or Cd, was grown by pulsed laser deposition (PLD) on single-crystalline c-plane sapphire (0 0 0 1) substrates, and characterized by Hall measurement, and UV/VIS optical transmission spectroscopy.The optical band gap of undoped ZnO films at nearly 3.28 eV was shifted by alloying with Mg up to 4.5 eV and by alloying with Cd down to 3.18 eV, dependent on the alloy composition. In addition, highly doped ZnO:Al films show a blue-shifted optical absorption edge due to filling of electronic states in the conduction band.The Hall transport data of the PLD (Mg,Zn,Cd)O:(Ga,Al) thin films span a carrier concentration range of six orders of magnitude from 3 × 10¹⁴ to 3 × 10²⁰ cm⁻³, which corresponds to a resistivity from 5 × 10⁻⁴ to 3 × 10³ Ω cm. Structurally optimized, nominally undoped ZnO films grown with ZnO nucleation and top layer reached an electron mobility of 155 cm²/V s (300 K), which is among the largest values reported for heteroepitaxial ZnO thin films so far.Finally, we succeeded in combining the low resistivity of ZnO:Ga and the band gap shift of MgZnO in MgZnO:Ga thin films. This results demonstrate the unique tunability of the optical and electrical properties of the ZnO-based wide-band gap material for future electronic devices.     

射频磁控溅射ZnO薄膜的微结构与光学特性

研究了膜厚对ZnO薄膜微结构和光学性能的影响。采用射频磁控溅射法在单晶硅(111)和玻璃基片上制备了不同厚度的ZnO薄膜。通过X射线衍射、原子力显微镜和紫外可见光谱对薄膜进行了表征。结果表明薄膜结晶性能良好,在(002)晶面具有明显的c轴取向。随着薄膜厚度的增加,透射率下降,吸收边红移,禁带宽度逐渐减小。