高性能ZnO薄膜紫外光电探测器的研究

本研究通过磁控溅射法在石英衬底上制备出ZnO薄膜紫外光电探测器,通过X射线衍射(XRD)、吸收光谱、I-V特性曲线以及响应度曲线,对不同退火温度(500、600、700℃)的光电探测器紫外探测性能进行了深入研究。结果表明,利用退火手段,提高了紫外光电探测器的性能,随着退火温度的升高,探测器的暗电流和响应强度逐渐增强。本研究结果为制备高性能ZnO薄膜紫外光电探测器提供了一种可行途径。

耐高温柔性Mica/ZnO薄膜的制备与表征

以氟晶云母片为衬底,进行柔性ZnO透明导电薄膜(Mica/ZnO)的制备与表征。利用XRD和SEM表征可知,晶种水热法比直接水热法更有利于制备Mica/ZnO薄膜。研究发现,晶种水热法制备Mica/ZnO薄膜分为颗粒状ZnO晶体生长阶段、颗粒状ZnO晶体成长为棒状ZnO晶体阶段和棒状ZnO晶体成长三个阶段。采用晶种水热法制备Mica/ZnO薄膜适宜的晶化时间为26h,制备的致密棒状ZnO晶体长度约500nm左右。制备的Mica/ZnO薄膜可耐500℃以上的高温,为研究耐高温柔性ZnO透明导电薄膜提供更为丰富的柔性衬底材料和制备方法。

退火处理对ZnO薄膜结晶性能的影响

研究了退火处理对 Zn O薄膜结晶性能的影响 .Zn O薄膜由直流反应磁控溅射技术制得 ,并在 O2 气氛中不同温度 (2 0 0～ 10 0 0℃ )下退火 ,利用 X射线衍射 (XRD)、原子力显微镜 (AFM)和 X射线光电子能谱 (XPS)对其结晶性能进行了研究 ,提出了一个较为完善的 Zn O薄膜退火模型 .研究表明 :热处理可使 c轴生长的薄膜取向性增强 ;随退火温度的升高 ,薄膜沿 c轴的张应力减小 ,压应力增加 ;同时晶粒度增大 ,表面粗糙度也随之增加 .在 6 4 0℃的应力松弛温度 (SRT)下 ,Zn O薄膜具有很好的 c轴取向 ,沿 c轴的应力处于松弛状态 ,晶粒度不大 ,表面粗糙度较小 ,此时 Zn O薄膜的结晶性能最优 .

ZnO薄膜的制备和发光特性的研究

用射频磁控溅射的方法在石英衬底上沉积了氧化锌薄膜。在室温下测量了样品的XRD曲线、吸收光谱以及光致发光光谱,探讨了气氛中氧气与氩气比对制备薄膜的影响。从XRD谱中可以看出,样品具有较好的结晶状态。另外,样品在紫外有较强的吸收,而其光致发光也是较强的紫外发射,这表明带间跃迁占了主导地位。以上结果说明:用溅射方法制备的ZnO薄膜结晶质量较好,富锌状态有所改善。

射频磁控溅射法制备ZnO薄膜的发光特性

利用射频磁控溅射法在硅衬底上制备出具有 (0 0 2 )择优取向的氧化锌薄膜 ,用波长为 30 0nm的光激发 ,观察到在 44 6nm处有一强的光致发光峰 ,它来自于氧空位浅施主能级上的电子到价带上的跃迁。并讨论了发光峰与氧压的关系以及退火对它的影响 ,且给出了解释。

Ar气压对射频磁控溅射铝掺杂ZnO薄膜特性的影响

在Corning 1737玻璃衬底上射频磁控溅射沉积了铝掺杂ZnO薄膜 (ZnO∶Al) .薄膜沉积在衬底温度 2 5 0℃、溅射功率 10 0W和纯氩气氛中进行 .通过在 0 2～ 3 2Pa范围改变溅射氩气氛压力pAr,研究了不同pAr对样品的晶体结构、电学特性、光学特性和表观形貌的影响 .利用X射线衍射 (XRD)、透射和反射谱测量、扫描电子显微镜 (SEM) ,发现不同pAr下ZnO∶Al薄膜都具有垂直于衬底C轴择优取向 .在可见光谱范围 ,pAr对透过率的影响非常小 ,薄膜的平均透过率大于 83% ,但红外透过率与薄膜的电阻率成正比 .在较低的溅射气压下 (pAr=0 2Pa)获得的薄膜电阻率最小 ,对应有大的光学带隙 (3 6 1eV) .随着pAr的降低 ,晶粒尺寸增大 .pAr对ZnO∶Al薄膜的表观形貌有显著的影响 .

ZnO薄膜的特殊光谱性质及其机理

以同步辐射真空紫外光 (1 95nm)为激发源 ,在低温下观察到Si基衬底上ZnO薄膜的发光有三种紫外发射 ,其峰值波长分别为 380 ,36 9.5 ,2 90nm。它们各自具有不同的衰减时间和不同的温度依赖关系 ,但其激发谱相同。强激发带不在近紫外区 ,而在真空紫外区 (1 0 0～ 2 0 0nm) ,可能源于ZnO的下价带 (Zn3d组态 )电子的激发。

ZnO薄膜p型掺杂的研究进展

ZnO是一种新型的II-VI族半导体材料,具有许多优异的性能.但由于ZnO存在诸多的本征施主缺陷(如空位氧Vo和间隙锌Zni),对受主产生高度自补偿作用,天然为n型半导体,难以实现p型转变.ZnO薄膜p型掺杂的实现是ZnO基光电器件的关键技术,也一直是ZnO研究中的主要课题,目前已取得重大进展,文章对此进行了详细阐述.

喷雾热解法生长N掺杂ZnO薄膜机理分析

通过超声喷雾热解工艺,以醋酸锌和醋酸铵的混合水溶液为前驱溶液,在单晶Si(100) 衬底上制备了N掺杂ZnO薄膜,采用热质联用分析(TG—DSC—MS)、X射线衍射(XRD)、场发射扫描电镜(FESEM)和霍耳效应(Hall-effect)测试等手段研究了喷雾热解工艺下N掺杂ZnO薄膜的生长机理、晶体结构和电学性能.结果表明,随衬底温度的不同,薄膜呈现出不同的生长机理,从而影响薄膜的晶体结构和电学性能.在优化的衬底温度下,实现了ZnO薄膜的p型掺杂,得到的p型ZnO薄膜具有优异的电学性能,载流子浓度为3.21×1018cm-3,霍耳迁移率为110cm2·V-1s-1,电阻率为1.76×10-2Ω·cm.

氧分压对磁控溅射制备ZnO薄膜的结构及光学特性的影响

采用射频反应磁控溅射法在玻璃衬底上成功制备出具有c轴高择优取向的ZnO薄膜,利用X射线衍射及紫外-可见吸收和透射光谱研究了氧分压变化对ZnO薄膜的微观结构及光吸收特性的影响。结果表明,当工作气压恒定时,用射频反应磁控溅射制备的ZnO薄膜的生长行为主要取决于成膜空间中氧的密度,合适的氧分压能够提高ZnO薄膜的结晶质量;薄膜在可见光区的平均透过率达到90%以上,且随着氧分压的增大,薄膜的光学带隙发生了一定程度的变化。采用量子限域模型对薄膜的光学带隙作了相应的理论计算,计算结果与对样品吸收谱所作的拟合结果符合较好,二者的变化趋势完全一致,表明ZnO纳米晶粒较小时,薄膜光学带隙的变化与量子限域效应有很大关系。

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-UtypeSnO2作前电极的电池具有同等效果.

脉冲激光沉积(PLD)法生长高质量ZnO薄膜及其发光性能

采用脉冲激光沉积(PLD)法在单晶Si(100)衬底上生长ZnO薄膜,以X射线衍射(XRD)、原子力显微镜(AFM)和透射电镜(TEM)等手段分析了所得ZnO薄膜的晶体结构和微观形貌。优化工艺(700℃,20Pa)下生长的ZnO薄膜呈c轴高度择优取向,柱状晶垂直衬底表面生长,结构致密均匀。室温光致发光(PL)谱分析结果表明,随着薄膜生长时O2分压的增大,近带边紫外发光峰与深能级发光峰之比显著增强,表明薄膜的结晶性能和化学计量比都有了很大的改善。O2分压为20Pa时所生长的ZnO薄膜具有较理想的化学计量比和较高的光学质量。

溶胶-凝胶法制备ZnO薄膜及其光催化性能

用溶胶-凝胶法在普通玻璃表面制备了薄膜型ZnO光催化剂，通过XRD、Ab2d、UV-VIS等测试技术对ZnO薄膜进行了表征；以偶氮胭脂红为降解物，考察了薄膜退火温度、镀膜层数、溶液初始质量浓度和反应体系初始pH值对ZnO薄膜光催化性能的影响，并进行了相关机理的探讨．研究表明：溶胶-凝胶法制备的ZnO薄膜呈透明状，薄膜表面均匀分布着球形ZnO晶粒；随着退火温度的升高，ZnO晶粒在17～30mm范围内逐渐增大．光催化实验中ZnO薄膜光催化降解偶氮胭脂红的最佳工艺条件是：退火温度为300℃，镀膜层数为5层，溶液初始pH值为8～9．

射频磁控溅射法制备ZnO薄膜的绿光发射

用射频磁控溅射法 ,在硅衬底上制备出具有良好的 (0 0 2 )择优取向的多晶ZnO薄膜。研究了室温下薄膜的光致发光特性 ,观察到显著的单绿光发射 (波长为 5 1 4nm)峰。在氧气中 830℃高温退火后 ,薄膜结晶质量明显提高 ,绿光发射峰强度变弱 ;在真空中 830℃高温退火后 ,绿光发射峰强度增加。

射频磁控溅射ZnO薄膜的结构和光学特性

采用射频 (RF)反应磁控溅射法在n Si(0 0 1)衬底上外延生长ZnO薄膜。XRD谱测量显示出较强的 (0 0 2 )衍射峰 ,表明ZnO薄膜为c轴择优取向生长的。室温PL谱测量观察到了较强的紫外光发射和深能级发射。

[101]取向Li掺杂ZnO薄膜光学性能的研究

采用射频磁控溅射法在玻璃衬底上制备了[101]取向的Li:ZnO薄膜,研究了该薄膜的光学性能随热处理温度变化的规律．结果表明,399nm的发光峰是由Li的杂质能级引起;与[002]取向的薄膜相比,未经热处理的[101]薄膜其光学带隙大,且出现了380nm附近的带边发射(NBE)峰;在560～580℃热处理下,其晶胞变小、光学带隙变窄、360nm左右的带间发光峰红移;当热处理温度升至610℃时,薄膜中再次出现380nm的NBE峰．

ZnO薄膜受激发射特性的研究

氧化锌薄膜因其大的激子结合能和强的光发射、激光阈值低和能在高温下工作等优点而成为制备短波长激光、发光二极管等光电子器件的有希望材料。采用激光分子束外延 (L MBE)方法制备了ZnO薄膜。在室温下 ,测量了样品的吸收光谱 ,以及不同光泵浦强度下的发射光谱。从光谱图中可以看出该材料有很好的质量。研究了ZnO薄膜的受激发射特性及机理 ;测量了发射光强与泵浦光强之间的关系 ;比较了较高激发密度下的受激发射、自发发射和激光脉冲的时间特性 ,这些都证实了该发射是受激发射。

退火处理对不同RF功率下制备ZnO薄膜的结晶性能的影响

采用RF磁控溅射法,在不同溅射功率下在玻璃衬底上制备了ZnO薄膜,并对所制备的ZnO薄膜在空气气氛中进行了不同温度(350-600℃)的退火处理。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)等研究了退火对不同溅射功率条件下制备的ZnO薄膜晶体性能和应力状态的影响。研究表明,在衬底没有预热的情况下,较低功率(190W)下制备的ZnO薄膜,当退火温度为500℃时,能获得单一c轴择优取向和最小半高宽,张应力在350℃退火时最小;较高功率(270W)下,薄膜最佳c轴取向和晶粒度在600℃退火温度获得,张应力最小的退火温度在350-500℃之间。当衬底预热至300℃时,退火处理对两种功率下制备的薄膜的结晶性能和应力的影响基本一致。

激光分子束外延方法生长的ZnO薄膜的发光特性

研究了不同温度和不同光激发强度下激光分子束外延方法生长的ZnO薄膜样品的发光性能,发现YAG脉冲激光激发,强度超过一定值时会在长波方向上出现一个新的发光峰,此峰可能起源于电子-空穴的复合。室温下氙灯激发的光谱中可以看到峰值位于381 nm的近带边紫外发射峰和位于450 nm的强的蓝绿带发射,根据光致发光激发光谱的特征给出了一个简单的蓝光发射模型。对比YAG脉冲激光激发和氙灯激发得到的实验光谱,我们认为不同的光谱特征和样品发光的激发机制有关,紫外峰发射需激发强度超过一定值才能观察到,而蓝带发射则在一定的激发强度下迅速饱和。

溶胶凝胶法制备ZnO薄膜及性质研究

以二水醋酸锌为原料,使用溶胶凝胶法在(100)Si衬底上旋转涂敷得到ZnO薄膜．采用傅立叶变换红外光谱和X射线衍射(XRD)分析经N2、空气、O2不同气氛400℃退火ZnO薄膜的成分和结构差异．使用XRD、原子力显微镜和光致发光手段重点研究了N2气氛条件下,ZnO薄膜结构与发光特性随退火温度的变化规律,发现400℃下退火更适于干凝胶薄膜经历结构弛豫,生成具有(002)择优取向、性质优良的纳米晶ZnO薄膜．计算该样品的晶粒尺寸为41．6 nm,晶格常数α=0．3253nm, c=0．521 nm,其PL光谱出现495 nm附近强的绿光发射峰,可能源于ZnO纳米晶粒表面缺陷氧空位(Vo)．随着退火温度升高,ZnO生成量减少、晶粒体表面积比(S／V)减小共同作用导致绿光峰强度变弱．