氧压与ZnO薄膜发光特性的关系研究

在不同的环境氧压下用脉冲激光沉积方法在Si(111)衬底上生长了ZnO薄膜,以325 nm He-Cd激光器为激发源获得了薄膜的荧光光谱以研究其发光特性,用X射线衍射仪(XRD)和原子力显微镜(AFM)研究了薄膜的晶体结构和表面形貌,结果表明氧压在20 Pa和50Pa之间制备的ZnO薄膜具有良好的紫外发光特性和较好的晶体质量.分析了ZnO薄膜的发光机理,认为薄膜紫外峰源自自由激子复合发光,绿光峰的发光机制与锌位氧OZn关系密切,氧空位是蓝光发射的重要原因.     

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.     

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.     

温度对飞秒激光沉积ZnO/Si薄膜的结构和性能的影响

通过飞秒脉冲激光(50 fs,800 nm,1 kHz,2 mJ)沉积技术在n型Si(100)单晶基片上制备了ZnO薄膜.详细研究了基片温度变化以及退火处理对ZnO薄膜的结构、表面形貌及光学性质的影响.X射线衍射(XRD)结果表明,不同温度下(20~350℃)生长的ZnO薄膜具有纤锌矿结构,并且呈c轴择优取向;当基片温度为80℃时,薄膜沿(002)晶面高度择优生长;当基片温度为500℃时薄膜沿(103)晶面择优生长,场发射扫描电子显微镜(FEEM)结果表明薄膜呈纳米晶结构,并观察到了ZnO的六方结构.进一步通过透射光谱的测量讨论了基片温度及退火处理对ZnO薄膜光学透射率的影响,结果表明退火后薄膜的透射率增大.     

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.     

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.     

ZnO缓冲层和退火处理对MgO薄膜结构的影响

采用直流反应磁控溅射法在Si衬底上引入ZnO缓冲层制备了沿(200)晶面择优取向生长的MgO薄膜,然后分别采用快速退火和常规退火两种不同的方式对MgO薄膜进行晶化处理。利用X射线衍射仪(XRD)以及原子力显微镜(AFM)研究了ZnO缓冲层以及两种不同的退火方式对MgO薄膜的结构和形貌的影响。结果表明:具有合适厚度的ZnO缓冲层可以显著地提高MgO薄膜的结晶质量。另外,与快速退火相比,常规退火处理后得到的MgO晶粒均匀圆润,有着较大的(200)衍射峰强度以及较小的表面粗糙度。     

利用P-MBE在Si(111)衬底上生长氧化锌薄膜及其光学性质的研究

在Si(111)衬底上利用等离子体辅助分子束外延(P-MBE)生长氧化锌(ZnO)薄膜,研究了在不同衬底生长温度下(350～750℃)制备的ZnO薄膜的结构和光学性质．随着衬底温度的升高,样品的X射线及光致发光的半高宽度都是先变小后变大,衬底温度为550℃样品的结构及光学性质都比较好,这表明550℃为在Si(111)衬底上生长ZnO薄膜的最佳衬底温度;同时,我们还通过550℃样品的变温光致发光谱(81～300K)研究了ZnO薄膜室温紫外发光峰的来源,证明其来源于自由激子发射．     

绒面ZnO薄膜的生长及其在太阳电池前电极的应用

研究了MOCVD技术制备的不同B2H6掺杂流量下ZnO薄膜的微观结构和光电性能变化.XRD和SEM的研究结果表明,ZnO薄膜具有(110)峰择优取向的绒面结构特征.当B2H6流量为10sccm时,在6cm×6cm面积玻璃衬底上生长出厚度为1000nm,方块电阻为～12Ω/□,平均透过率大于80%,迁移率为30.5cm2/(V·s)的绒面结构ZnO薄膜.PL谱测试表明B掺杂提高了ZnO薄膜的晶体质量,有力地说明了B掺杂ZnO薄膜具有更好的电学稳定性;低压H2氛围中退火可以有效提高ZnO薄膜的电子迁移率.将其用作Si薄膜太阳电池的前电极,电池性能与日本Asahi-U type SnO2作前电极的电池具有同等效果.     

绒面ZnO薄膜的生长及其在太阳电池前电极的应用

研究了MOCVD技术制备的不同B2H6掺杂流量下ZnO薄膜的微观结构和光电性能变化.XRD和SEM的研究结果表明,ZnO薄膜具有(110)峰择优取向的绒面结构特征.当B2H6流量为10sccm时,在6cm×6cm面积玻璃衬底上生长出厚度为1000nm,方块电阻为～12Ω/□,平均透过率大于80%,迁移率为30.5cm2/(V·s)的绒面结构ZnO薄膜.PL谱测试表明B掺杂提高了ZnO薄膜的晶体质量,有力地说明了B掺杂ZnO薄膜具有更好的电学稳定性;低压H2氛围中退火可以有效提高ZnO薄膜的电子迁移率.将其用作Si薄膜太阳电池的前电极,电池性能与日本Asahi-U type SnO2作前电极的电池具有同等效果.     

Effects of Annealing Temperature on Properties of ZnO Thin Films Grown by Pulsed Laser Deposition

ZnO thin films are deposited on n-Si（111） substrates by pulsed laser deposition（PLD） system. Then the samples are annealed at different temperatures in air ambient and their properties are investigated particularly as a function of annealing temperature. The microstructure, morphology and optical properties of the as-grown ZnO films are studied by X-ray diffraetion（XRD）. atomic force mieroseope（AFM）, Fourier transform infrared spectroscopy（FTIR） and photoluminescence（PL） spectra. The results show that the as- grown ZnO films have a hexagonal wurtzite structure with a preferred c-axis orientation. Moreover, the diameters of the ZnO crystallites become larger and the crystal quality of the ZnO fihns is improved with the increase of annealing temperature.     

Optical properties of ZnO thin films prepared by sol-gel process

The present study focused on ZnO thin films fabricated by sol-gel process and spin coated onto Si (1 0 0) and quartz substrates. ZnO thin films have a hexagonal würtzite structure with a grain diameter about 50 nm. Optical properties were determined by photoluminescence (PL) and absorption spectroscopy. The absorption spectrum is dominated by a sharp excitonic peak at room and low temperatures. At room temperature, two transitions were observed by PL. One near to the prohibited energy band in ultraviolet (UV) region and the other centered at 640 nm, characteristic of the electronic defects in the band-gap. The spectrum at 6 K is dominated by donor-bound exciton lines and donor-acceptor pair transition. LO-phonon replica and two-electron satellite transitions are also observed. These optical characteristics are a signature of high-quality thin films.     

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。     

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。     

低压高温退火对Ag掺杂ZnO薄膜性质的影响

采用电子束蒸发在n-Si(100)衬底上沉积Ag掺ZnO(ZnO:Ag)薄膜,随后在200 Pa的O<,2>气氛下分别在500、600、700和800℃退火4 h.用X射线衍射(XRD)仪、荧光光谱仪以及Van der Pauw方法测量ZnO:Ag薄膜的结构和光电学性质.结果表明,ZnO:Ag薄膜为多晶结构,且随着退火...     

氧化锌薄膜的电化学沉积法制备及受激发射研究

采用一种简单的电化学沉积法，在三电极化学池中，以单一的硝酸锌水溶液作为电沉积液，制备了高光学质量的半导体ZnO薄膜。透射光谱测量表明其光学带隙为3．35eV，400～2000nm波段的光学透过率大于80％。X射线衍射(XRD)和原子力显微镜(AFM)研究表明，ZnO薄膜为纤锌矿结构的无序多晶颗粒膜，微晶尺寸小于250nm。当用355nm的皮秒脉冲激光作为抽运源垂直入射薄膜表面时，可以检测到400nm附近的近紫外受激发射光，其强度随入射强度呈超线性增长关系，阈值在196．8kW／cm^2处，并且激光发射是多模的和各个方向的，还与被激发的面积有关，表现为随机激光发射机制。     

PLD法生长Al_2O_3基ZnO薄膜的特性

在不同衬底温度下,用脉冲激光沉积法(PLD),在Al2O3(0001)平面上生长了ZnO薄膜。研究了衬底温度对其结晶质量、电学性质以及发光性质的影响。结果显示:XRD在2θ为34°处出现了唯一的ZnO(0002)衍射峰;ZnO薄膜的电阻率随衬底温度的升高而增大;在衬底温度为500℃时,出现了位于410nm附近的特殊的光致发光(PL)峰。     

氧分压对ZnO薄膜结构与光学性能的影响

采用直流磁控溅射法在不同氧分压下制备了ZnO薄膜.用原子力显微镜(AFM)、X射线衍射(XRD)仪、荧光分光光度计、紫外-可见分光光度计对样品进行检测.实验表明,氧分压对ZnO薄膜的结构与光学性能影响很大.在样品的光致发光谱中,均只发现了520 nm附近的绿色发光峰,该峰随着氧分压的增大而增强.不同氧分压制备的ZnO薄膜中,氧分压为0.25Pa的样品结晶性能最好,透过率最高.     

PLD法生长硅基ZnO薄膜的特性

用脉冲激光沉积法(PLD)在n型硅(111)平面上生长ZnO薄膜。XRD在2θ为34°处出现了唯一的衍射峰,半高宽仅0.85°;傅里叶红外吸收(FTIR)在413.08cm–1附近出现了对应Zn—O键的红外光谱的特征吸收峰;光致发光(PL)测量发现了位于330,368,417和467nm处的室温光致发光峰;SEM和TEM显示了薄膜的表面形貌以及结晶程度。ZnO单晶薄膜具有c轴取向高度一致的六方纤锌矿结构。     

Synthesis,Optical and Photoluminescence Properties of Cu-Doped Zno Nano-Fibers Thin Films: Nonlinear Optics

Different concentrations of copper-doped zinc oxide thin films were coated on a glass substrate by sol–gel/spin-coating technique. The structural properties of pure and Cu-doped ZnO films were characterized by different techniques, i.e., atomic force microscopy (AFM), photoluminescence and UV–Vis-NIR spectroscopy. The AFM study revealed that pure and doped ZnO films are formed as nano-fibers with a granular structure. The photoluminescence spectra of these films showed a strong ultraviolet emission peak centered at 392 nm and a strong blue emission peak cantered at 450 nm. The optical band gap of the pure and copper-doped ZnO thin films calculated from optical transmission spectra (3.29–3.23 eV) were found to be increasing with increasing copper doping concentration. The refractive index dispersion curve of pure and Cu-doped ZnO film obeyed the single-oscillator model. The optical dispersion parameters such as E _o , E _d , and \(n_{{\infty }}^{2}\) were calculated. Further, the nonlinear refractive index and nonlinear optical susceptibility were also calculated and interpreted.