磁控溅射NiO/ZnO透明异质结二极管及其光电特性研究

采用磁控溅射方法在ITO玻璃基板上沉积NiO,ZnO,AZO三层透明氧化物薄膜,成功制备了NiO/ZnO透明异质结二极管。实验结果表明,PN结展示出明显的I-V整流特性,正向开启电压1V;在氙灯光照条件下,二极管反向电流在5V偏置时,达到1.5mA。二极管在可见光的平均透过率约为25%。

一种双靶磁控溅射制备的Mg掺杂的NiO薄膜

采用磁控溅射“共溅射”方法,将Ar气作为溅射气体,高纯NiO和MgO双陶瓷靶作为溅射靶材。当控制NiO和MgO靶的溅射功率分别为190 W和580 W,溅射真空度为2 Pa,衬底温度为300℃时,得到了Mg掺杂的NiO(Ni_(0.61)Mg_(0.39)O)薄膜。该薄膜是一种具有(200)择优取向的晶态薄膜。薄膜表面比较平整,晶粒分布致密,晶粒尺寸约46.9 nm。(200)衍射峰位置相对未掺杂的NiO薄膜向小角度偏移约0.2°。合金薄膜在可见光波段具有较大的透过率,而在300 nm附近透过率陡然下降,其光学带隙向高能方向移动到了3.95 eV。该研究为采用磁控溅射制备高质量的Mg掺杂的NiO薄膜提供了技术支撑。

氧气含量对射频磁控溅射方法制备的NiO∶Cu/ZnO异质pn结的光电性能的影响

利用磁控溅射方法改变氧气含量制备了一系列NiO∶Cu/ZnO异质pn结。实验结果表明,氧含量对NiO∶Cu/ZnO异质pn结电学影响很大。相对于纯氩溅射,引入一定氧气(O2/(Ar+O2)比例为30%)后,NiO∶Cu/ZnO异质pn结的整流特性明显得到改善。与此同时,NiO∶Cu/ZnO异质pn结的光透过率也从40%增大到80%。这可能是由于氧气的轻量引入致使NiO∶Cu/ZnO异质pn结的结晶得到改善,薄膜内缺陷减少所致。进一步提高氧气含量,直到O2/(Ar+O2)比例至80%后,异质结的整流特性有所削弱,这可能是由于过多氧气的引入造成薄膜缺陷再次增多,进而影响到异质结的整流特性。这一结论得到了EDS、XRD、AFM和UV结果的支持。

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 .

射频磁控溅射制备ZnO∶Ga透明导电膜及特性

采用射频磁控溅射法在玻璃衬底上制备出高质量的镓掺杂氧化锌 (ZnO∶Ga)透明导电膜 ,并对薄膜的结构和光电特性以及制备参数对薄膜性能的影响进行了研究 .制备的ZnO∶Ga是具有六角纤锌矿结构的多晶薄膜 ,最佳择优取向为 (0 0 2 )方向 .薄膜的最低电阻率达到了 3 9× 10 -4Ω·cm ,方块电阻约为 4 6Ω/□ ,薄膜具有良好的附着性 ,在可见光区的平均透过率达到 90 %以上 .

氧分压对直流磁控溅射制备ZnO：Ga透明导电薄膜特性的影响

通过直流反应磁控溅射法在玻璃衬底上制备了掺镓ZnO(znO:Ga)透明导电薄膜,研究了氧分压对ZnO:Ga透明导电薄膜结构和电光学性能的影响.X射线衍射结果表明所制备的薄膜具有c轴择优取向的六角多晶结构.ZnO:Ca透明导电薄膜的晶粒尺寸强烈依赖于氧分压的大小,随着氧分压的增大薄膜的晶粒尺寸先增大后减小,在氧分压为0.30 Pa时沉积的ZnO:Ga薄膜半高宽最小,晶粒尺寸最大.薄膜的电阻率随着氧分压的增大先减小后增大,沉积薄膜的最低电阻率可达3.50×10^(-4)Ω·cm.此外,所有ZnO:Ga薄膜在可见光范围内的平均透射率均超过90%.

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。

衬底温度对直流磁控溅射法沉积ZnO∶Ti薄膜性能的影响

利用直流磁控溅射工艺,在石英玻璃衬底上沉积出了具有高度C轴择优取向的掺Ti氧化锌(ZnO∶Ti,TZO)透明导电薄膜。研究了衬底温度对TZO薄膜应力、结构和光电性能的影响。结果表明,衬底温度对TZO薄膜的结构、应力和电阻率有重要影响。TZO薄膜为六角纤锌矿结构的多晶薄膜。在衬底温度为100℃时,实验获得的TZO薄膜电阻率具有最小值2.95×10-4Ω.cm,400℃时薄膜出现孪晶,随着温度的升高,薄膜应力具有减小的趋势。实验制备的TZO薄膜附着性能良好,可见光区平均透过率都超过91%。

射频磁控溅射法低温制备ZnO∶Zr透明导电薄膜及特性研究

利用射频磁控溅射法在室温水冷玻璃衬底上制备出了可见光透过率高、电阻率低的掺锆氧化锌(ZnO∶Zr)透明导电薄膜。讨论了薄膜厚度对ZnO∶Zr薄膜结构、形貌、光电性能的影响。实验结果表明,厚度对ZnO∶Zr薄膜的形貌和电学性能有很大影响。SEM和XRD研究结果表明,ZnO∶Zr薄膜为六角纤锌矿结构的多晶薄膜,具有垂直于衬底方向的C轴择优取向。当厚度为300nm时,薄膜的电阻率具有最小值1.77×10-3Ω.cm。所制备薄膜具有良好的附着性能,其可见光区平均透过率超过92%。

孪生对靶直流磁控溅射制备ZnO:Al薄膜及其特性研究

本文以ZnO:A l(ZAO)陶瓷为靶材,采用孪生对靶直流磁控溅射工艺在玻璃衬底上制备出高质量的铝掺杂氧化锌透明导电膜,研究了该薄膜的结构、光电及力学特性。采用孪生对靶制备ZAO薄膜可使样品避开等离子体直接轰击,减少基底薄膜的损伤。制备的薄膜具有结晶程度高、电阻率低、迁移率高等优点。ZAO薄膜的最低电阻率达到了4.47×10-4Ω.cm,在可见光区的平均透过率达到85%以上,非常适合做为铜铟硒(C IS)薄膜太阳电池窗口层。

射频磁控溅射ZnO薄膜的光致发光

用射频磁控溅射法在硅衬底上沉积出具有良好的择优取向的多晶 Zn O薄膜 .在室温下进行光致发光测量 ,观察到明显的紫光发射 (波长为 4 0 2 nm )和弱的紫外光发射 (波长为 384 nm ) .紫光发射源于氧空位浅施主能级到价带顶的电子跃迁 ;紫外光发射则源于导带与价带之间的电子跃迁 .随着光激发强度的增加 ,紫光发射强度超线性增强 ,且稍有蓝移 ,而紫外光发光强度则近似线性增加 .在氧气中高温退火后 ,薄膜结晶质量明显提高 ,紫光发射强度变弱 ,紫外光发射相对增强 .

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。

磁控溅射制备ZnO薄膜的结构及发光特性研究

采用射频反应磁控溅射法在玻璃衬底上制备出具有c轴高择优取向的ZnO薄膜,利用X射线衍射、扫描探针显微镜及荧光分光光度法研究了生长温度对ZnO薄膜微观结构及光致发光特性的影响。结果表明,合适的衬底温度有利于提高ZnO薄膜的结晶质量;在室温下测量样品的光致发光谱(PL),观察到波长位于400nm左右的紫光、446nm左右的蓝色发光峰及502nm左右微弱的绿光峰,随衬底温度升高,样品的PL谱中紫光及蓝光强度逐渐增大,同时,绿光峰的强度也表现出一定程度的增强。经分析得出紫光应是激子发光所致,而锌填隙则是引起蓝光发射的主要原因,502nm左右的绿光峰应该是氧的深能级缺陷造成的。此外,还测量了样品的吸收谱,并结合样品吸收谱的拟合结果对光致发光机理的分析作了进一步的验证。

利用射频磁控溅射法在柔性衬底上制备ZnO:Zr透明导电薄膜(英文)

利用射频磁控溅射法首次在室温水冷柔性衬底PET上制备出了可见光透过率高、电阻率低的掺锆氧化锌(ZnO:Zr)透明导电薄膜。X射线衍射和扫描电子显微镜表明,ZnO:Zr薄膜为六角纤锌矿结构的多晶薄膜,且具有平行于衬底方向的择优取向。实验获得ZnO:Zr薄膜的最小电阻率为1 .55×10-3Ω.cm。实验制备的ZnO:Zr薄膜具有良好的附着性能,其可见光区平均透过率超过90 %。

直流反应磁控溅射预制ZnO晶种层工艺参数优化

采用直流反应磁控溅射法,在不同O2/Ar分压比(1∶3、1∶4),不同溅射功率密度(24、40、48W/cm2)及不同热处理温度(400、800℃)条件下制备出ZnO晶种层,研究O2/Ar分压比、溅射功率及热处理的最佳工艺,对制备的晶种层微观形貌和结构进行SEM、AFM、XRD表征,分析磁控溅射相关工艺参数对预制ZnO晶种层的影响机理,发现在O2/Ar分压比为1∶4,溅射功率密度为40W/cm2及800℃热处理条件下制备的ZnO晶种层质量最优.

蓝宝石衬底上磁控溅射法室温制备外延ZnO薄膜

在室温条件下,采用磁控溅射方法在蓝宝石(0001)衬底上制备了外延的ZnO薄膜。采用原子力显微镜(AFM)、X射线衍射仪(XRD)、可见-紫外分光光度计系统研究了ZnO薄膜微观结构和光学特性。AFM测量结果表明ZnO薄膜具有较为均匀的ZnO晶粒,表面平整,具有较小的均方根粗糙度(0.9 nm);X射线衍射结果表明制备的ZnO薄膜为具有六角纤锌矿结构的外延薄膜;光学透射谱显示样品在可见光范围内具有较高的透过性,并在370 nm附近出现一个较陡的吸收边,表明在室温下制备出了具有较高质量的ZnO薄膜。

射频磁控溅射生长ZnO薄膜及性能研究

采用射频磁控溅射技术在玻璃衬底生长ZnO及ZnO∶Al薄膜,通过改变氩氧比、衬底温度和溅射功率获得样品。用X射线衍射仪、紫外-可见分光光度计、扫描电子显微镜进行表征。结果发现:室温下40 W的溅射功率1 h的溅射时间,改变氩氧比获得样品。XRD图谱中无明显衍射峰出现;紫外可见光分光光度计测试结果显示400 nm波长以下,透光率在90%以上。说明薄膜生长呈无定形。衬底温度高于200℃样品,XRD有明显(002)衍射峰出现,在400～800 nm波长范围,透光率在88%以上,衬底温度300℃时,XRD衍射峰半高宽最小,晶粒尺寸大。TEM显示:衬底300℃晶粒尺寸最大,晶体发育好。在200℃掺铝ZnO薄膜,(002)峰不明显,有(101)峰出现。

In掺杂和退火对磁控溅射制备ZnO薄膜的结构和光电性质的影响

用射频磁控溅射技术在石英玻璃衬底上制备出ZnO和In掺杂的ZnO(ZnO∶In)薄膜,研究了In的掺杂和退火对薄膜的结构和光电性质的影响。所制备的薄膜为纤锌矿结构的ZnO相,In的掺杂有利于ZnO薄膜的c轴择优生长,并且使其表面更加致密平整,退火提高了薄膜的结晶行为,但使得薄膜的表面有部分团聚形成。由于In3+替代了Zn2+,提供了一个多余的电子,ZnO薄膜的电阻率从28.9Ω.cm降低到4.3×10-3Ω.cm。由于载流子浓度的增加和晶格尺寸的拉长,In的掺杂使得ZnO薄膜的禁带宽度增加;空气中退火后薄膜的载流子浓度降低和晶格尺寸的减小,使得禁带宽度降低。ZnO薄膜在可见光范围的透光率在90%以上,受In的掺杂和退火的影响不大。室温下用325 nm的激发光源测试了样品的光致发光(PL)谱,发现In的掺杂对薄膜的PL谱影响不大,而退火后的ZnO薄膜在446 nm处的蓝光发射明显增强,更适合于作为蓝色发光器件。

偏压对磁控溅射ZnO薄膜的成核机制及表面形貌演化动力学的影响

利用反应射频磁控溅射技术,通过对基体施加负偏压溅射ZnO薄膜,探讨了固定偏压下ZnO薄膜的表面形貌随沉积时间的演化以及不同偏压对ZnO薄膜表面形貌的影响.研究结果表明,在-100V的偏压下,随着沉积时间的增加,ZnO薄膜的表面岛尺寸不断减小,密度逐渐变大.ZnO在基片表面成核过程中的本征缺陷成核阶段和轰击缺陷成核阶段的生长指数分别为(0.45±0.03)和(0.22±0.04),低速率成核过程基本消失;随着偏压增大,表面岛的尺寸变大,表面起伏增加.偏压不但可以改变ZnO薄膜的成核和生长过程,而且影响薄膜的晶体取向.