体晶ZnO光导探测器制备与测试

在体单晶ZnO的Zn面和O面通过直流溅射金属薄膜,并采用剥离电极成型方法制备梳妆电极,从而制备出体晶ZnO紫外光导探测器.对Pt/ZnO/Pt的伏安特性测试研究表明,金属Pt和ZnO形成很好的欧姆接触,而Zn面的器件电阻明显低于O面的器件电阻.对制成的紫外探测器的光电性能测试表明,器件制备极性面的选择,测试的调制频率、偏置电压对器件的性能有较大影响,最终器件的电流响应率达到14.6A/W.     

n-ZnO/p-Si紫外至近红外增强型广谱光探测器

采用直流反应溅射法,在一定的溅射功率和衬底温度等条件下控制气体组分,优选Ar:O2＝8:1成功研制出高响应度n-ZnO/p-Si紫外至近红外增强型广谱光探测器.实验关键是利用缺O法在n-ZnO薄膜内有效引入O缺位Vo,而Vo可增强紫蓝波段的光响应.测试结果显示,ZnO薄膜的光致发光(PL)谱除在388 nm处存在紫外带边发射主峰外,还在416 nm处出现由O缺位导致的发射峰;X射线衍射(XRD)谱表明,薄膜中的晶体为高c轴取向的纤锌矿结构;n-ZnO/p-Si光探测器在光照时I-V特性显示,光电流随反向偏压的增加迅速上升;在5 V的反向偏压下,紫外区(310～388 nm)的光响应高达0.75～1.38 A/W,紫蓝光区(400～430 nm)的光响应大大增强,400～800 nm波段的光谱响应稳定在0.90 A/W.     

Mg_xZn_(1-x)O单晶薄膜和MgZnO/ZnO异质结构的光学性质

报道了利用等离子辅助分子束外延技术,在蓝宝石c平面上外延生长的Mgx Zn1 - x O单晶薄膜以及Mg Zn O/Zn O异质结构的光学性质.室温下随着Mg浓度增加,合金薄膜样品的发光峰与吸收边均向高能侧移动.研究了样品紫外发光的起因,将Mgx Zn1 - x O合金薄膜的发光归结为束缚激子的复合.在Mg0 .0 8Zn0 .92 O/ Zn O样品中,观察到了分别来自于Zn O层和Mg Zn O盖层的发光和吸收,并将其归因于来自Zn O层的自由激子和Mg Zn O盖层的束缚激子发射     

高性能背照式GaN/AlGaN p-i-n紫外探测器的制备与性能

研究了GaN/AlGaN异质结背照式P-i-n结构可见盲紫外探测器的制备与性能.GaN/MGaN外延材料采用金属有机化学气相沉积(MOCVD)方法生长,衬底为双面抛光的蓝宝石,缓冲层为AiN,n型层采用厚度为0.8 μm的Si掺杂Al0.3Ga0.7形成窗口层,i型层为0.18 μm的非故意掺杂的GaN,P型层为0.15 μm的Mg掺杂GaN.采用C12、Ar和BCl3感应耦合等离子体刻蚀定义台面,光敏面面积为1.96×10-3cm2.可见盲紫外探测器展示了窄的紫外响应波段,响应区域为310-365 nm,在360 nm处响应率最大,为0.21 A/W,在考虑表面反射时,内量子效率达到82%;优质因子R0A为2.00×108 Ω·cm2,对应的探测率D*=2.31×1013·Hz1/2·W-1;且零偏压下的暗电流为5.20×10-13A.     

ZnO光电导紫外探测器的制备和特性研究

以Si(111)衬底,用脉冲激光沉积(PLD)法制得C轴高度择优取向的ZnO薄膜,并利用剥离技术制备了ZnO光导型紫外探测器.Al叉指状电极是由平面磁控溅射技术沉积得到的.对Al/ZnO/Al的伏安特性和紫外光响应的研究表明,金属铝和ZnO能形成很好的欧姆接触,紫外探测器的电阻值在100KΩ左右.在紫外区域,其5V偏压下的光响应度为0.5A/W.     

MgxZn1-xO单晶薄膜和MgZnO/ZnO异质结构的光学性质

报道了利用等离子辅助分子束外延技术,在蓝宝石c平面上外延生长的MgxZn1-xO单晶薄膜以及MgZnO/ZnO异质结构的光学性质.室温下随着Mg浓度增加,合金薄膜样品的发光峰与吸收边均向高能侧移动.研究了样品紫外发光的起因,将MgxZn1-xO合金薄膜的发光归结为束缚激子的复合.在Mg0.08Zn0.92O/ZnO样品中,观察到了分别来自于ZnO层和MgZnO盖层的发光和吸收,并将其归因于来自ZnO层的自由激子和MgZnO盖层的束缚激子发射.     

改善玻璃衬底上ZnO薄膜特性的方法

利用磁控溅射法在玻璃衬底上淀积铝掺杂氧化锌(AZO)薄膜作为缓冲层,在其上制备了ZnO薄膜。重点研究了AZO薄膜作为缓冲层对玻璃衬底上ZnO薄膜特性的影响。扫描电子显微镜(SEM)图像和X射线衍射(XRD)图谱分析结果表明,玻璃衬底上加入厚度为1μm的AZO缓冲层后,提高了衬底材料和ZnO薄膜之间的晶格匹配程度,有助于增大ZnO薄膜晶粒尺寸,提高其(002)取向择优生长特性、薄膜结晶特性及晶格结构完整性。室温下的透射光谱结果表明玻璃/AZO和玻璃衬底上ZnO薄膜的透光特性没有显著不同。光致发光(PL)谱研究结果表明AZO缓冲层可以有效阻止衬底表面硅原子从ZnO薄膜中"俘获"氧原子,减少ZnO薄膜中的缺陷,改善ZnO薄膜的结晶质量。     

ZnO/Ag 纳米线复合薄膜的光电导型紫外探测器

ZnO/Ag纳米线复合薄膜紫外探测器是利用水热法在旋涂制备的Ag纳米线薄膜上生长ZnO 纳米线阵列制备得到。此紫外探测器在4.9 mW cm_-2紫外光强和1V偏压下,其明暗电流比为3100,响应恢复时间分别为3.47s和3.28s,响应度为0.25A/W,探测度为6.9×10₁₂Jones。制备和工作参数被分析以优化紫外探测器结构和性能,如ZnO 纳米线的生长时间,Ag纳米线薄膜的旋涂转速和紫外探测器的工作温度。     

Al-N共掺P型Zn0.95Mg0.05O薄膜的性能

利用直流反应磁控溅射法,以N2O为N掺杂源,用Al-N共掺技术制备了p型Zn0.95Mg0.05O薄膜.用X射线衍射分析(XRD)、Hall测试仪和紫外可见(UV)透射谱等研究方法对其晶体结构、电学性能和禁带宽度进行分析.XRD分析结果表明,Zn0.95Mg0.05O薄膜具有良好的晶格取向,Hall测试的结果所得p型Zn0.95Mg0.05O薄膜最低电阻率为58.5Ω·cm,载流子浓度为1.95×1017 cm-3,迁移率为0.546cm2/(V·s),UV透射谱所推出的薄膜禁带宽度中,纯ZnO,p型Zn0.95Mg0.05O和p型Zn0.9Mg0.1O分别为3.34,3.39和3.46eV,可以看出Mg在ZnO禁带宽度中起了调节作用.     

Al-N共掺p型Zn0.95Mg0.05O薄膜的性能

利用直流反应磁控溅射法,以N2O为N掺杂源,用Al-N共掺技术制备了p型Zn0.95Mg0.05O薄膜.用X射线衍射分析(XRD)、Hall测试仪和紫外可见(UV)透射谱等研究方法对其晶体结构、电学性能和禁带宽度进行分析.XRD分析结果表明,Zn0.95Mg0.05O薄膜具有良好的晶格取向,Hall测试的结果所得p型Zn0.95Mg0.05O薄膜最低电阻率为58.5Ω·cm,载流子浓度为1.95×1017 cm-3,迁移率为0.546cm2/(V·s),UV透射谱所推出的薄膜禁带宽度中,纯ZnO,p型Zn0.95Mg0.05O和p型Zn0.9Mg0.1O分别为3.34,3.39和3.46eV,可以看出Mg在ZnO禁带宽度中起了调节作用.     

Zn_(1-x)Mg_xO薄膜的低压MOCVD生长与性质

利用低压金属有机物气相沉积 (L P- MOCVD)技术 ,采用两步生长法 ,在 (0 0 0 1 )蓝宝石衬底上获得了纤锌矿结构的 Zn1 - x Mgx O合金单晶薄膜 .实验发现随着 Mg原子的增多 ,Zn Mg O的晶格常数逐渐减小 .X射线衍射谱中未出现除 (0 0 0 2 )峰之外的其他峰位 ,表明该合金薄膜具有很强的择优取向和较好的晶体质量 .室温透射谱与光致发光谱显示 ,其吸收边或带边发光峰随 Mg原子浓度的增加首先出现红移然后出现蓝移 .该反常现象与 Zn Mg O薄膜中产生的杂质缺陷的行为有关 .研究表明在 MOCVD生长 Zn Mg O合金薄膜过程中 ,必须优化与控制反应条件 ,以抑制杂质缺     

Properties of phosphorus-doped (Zn,Mg)O thin films and device structures

The properties of phosphorus-doped (Zn,Mg)O polycrystalline and epitaxial thin films are described. The as-deposited (Zn,Mg)O:P films are n type with high electron carrier density. High resistivity is induced in the films with moderate temperature annealing, which is consistent with suppression of the donor state and activation of the deep acceptor. The resistivity of the as-deposited and annealed film is an order of magnitude higher than similar samples with no Mg, consistent with a shift in the conduction band edge relative to the defect-related donor state. The capacitance-voltage characteristics of annealed metal/insulator/P-doped (Zn,Mg)O structures in which the (Zn,Mg)O is polycrystalline exhibit p-type polarity. In addition, multiple polycrystalline devices comprising n-type ZnO/P-doped (Zn,Mg)O thin-film junctions display asymmetric I–V characteristics that are consistent with the formation of a p-n junction at the interface, although the ideality factor is anomalously high.     

ZnO薄膜紫外光敏特性及晶界势垒的研究

以二水合醋酸锌为原料,采用sol-gel法在石英衬底上制备了ZnO薄膜。用AFM观察表面形貌,通过测量真空条件下不同温度热处理后薄膜的I-V特性,拟合计算晶界势垒高度。研究了热处理温度对ZnO薄膜性能的影响。结果表明:经650℃热处理制备的ZnO薄膜样品具有较佳性能,结构均匀致密,粒径分布为20～32nm。在10V偏压和1.24×10–3W/cm2光强下,紫外光灵敏度为43.95;无光照条件下晶界势垒高度为0.079eV。紫外光照使晶界势垒高度下降为0.011eV,薄膜的紫外光灵敏度与势垒高度的相对变化密切相关。     

IWO缓冲层对MOCVD-ZnO:B薄膜性能的影响研究

金属有机化学气相沉积(MOCVD)技术生长的绒面ZnO透明导电(ZnO-TCO)薄膜应用于Si基薄膜太阳电池上能够形成"陷光结构",以提高薄膜太阳电池效率和稳定性。本文将电子束反应蒸发技术生长的掺W的In2O3(In2O3:W,(IWO)薄膜作为缓冲层,应用于MOCVD-ZnO:B薄膜与玻璃之间,可促进ZnO:B薄膜的生长,并且有效提升薄膜的光散射特性。当IWO缓冲层厚度为20nm时,获得的IWO/ZnO:B薄膜的电阻率为2.07×10-3Ω.cm,迁移率为20.9cm2.V-1.s-1,载流子浓度为1.44×1020 cm-3;同时,薄膜具有的透过率大于85%,且在550nm处绒度较ZnO:B薄膜提高了约9.5%,在800nm处绒度较ZnO:B薄膜提高了约4.5%。     

(Ni、Li)掺杂ZnO薄膜的制备及其性能

采用溶胶-凝胶技术和旋涂的方法,在Si(100)衬底上制备了Ni掺杂和(Ni、Li)共掺的3种ZnO薄膜(Ni0.10Zn0.90O、Ni0.10Li0.05Zn0.85O和Ni0.10Li0.10Zn0.80O)。X射线衍射分析表明,所有薄膜样品均为纤锌矿结构,未发现其他杂相。光致发光研究表明,(Ni、Li)共掺后出现了410nm左右的紫外发光峰,并随Li浓度的增加发光峰变强,该峰与Li杂质能级有关,同时观察到O2-空位引起的610nm和740nm的两个红色发光峰。薄膜中Ni离子为+2价,取代Zn离子的位置。掺杂的ZnO薄膜呈现室温铁磁性,单个Ni原子的饱和磁矩可达到0.210μB,掺入Li或在N2气氛中退火后,都导致单个Ni原子的饱和磁矩降低。铁磁性来源于电子调制的机制。     

Synthesis and characterization of phosphorus-doped ZnO and (Zn,Mg)O thin films via pulsed laser deposition

The transport and optical properties of phosphorus-doped (Zn,Mg)O thin films grown via pulsed laser deposition (PLD) are studied. The carrier type of as-deposited (Zn,Mg)O:P films converts from n-type to p-type with increasing oxygen partial pressure. All the films exhibit good crystallinity with c-axis orientation. This result indicates the importance of oxidation conditions in realizing p-type (Zn,Mg)O:P films. The as-deposited ZnO:P film properties show a strong dependence on the deposition ambient at different growth temperatures. The resistivity of the samples deposited in O₃/O₂ mixture is two orders of magnitude higher than the films grown in oxygen and O₂/Ar/H₂ mixture. The room-temperature photoluminescence (PL) of the as-deposited films has been shown that growing in the O₂/Ar/H₂ mixture ambient significantly increases the band edge emission while inhibiting the visible emission. The enhanced ultraviolet (UV) emission in the films grown in O₂/Ar/H₂ mixture may result from hydrogen passivation of the deep level emission centers. The annealed ZnO:P films are n-type with nonlinear dependence of resistivity on annealing temperature. The resistivity increases in the films with annealing at 800°C while decreasing with further increasing annealing temperature. Strong visible light emission is observed from the ZnO:P films annealed in oxygen.     

应力对ZnO/Si异质结构的光致发光的影响

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.     

ZnO/SiC/Si(111)异质外延

使用SiC作为过渡层,采用自行设计建造的连通式双反应室高温MOCVD系统很好地克服了ZnO和SiC生长时的交叉污染问题,在Si基片上外延出高质量的ZnO薄膜.测量了样品的XRD和摇摆曲线,以及室温下的PL谱.实验结果表明,SiC过渡层的引入大大提高了ZnO薄膜的质量和发光性能,并有望实现在Si上制备ZnO单晶薄膜.