p型MgxZn1-xO薄膜材料的制备与光学特性

通过金属有机化学汽相沉积(MOCVD)法在GaAs衬底上生长出了MgxZn1-xO薄膜,通过氧气气氛下的高温退火使得衬底中的As原子通过扩散作用进入薄膜形成受主,得到p型的MgxZn1-xO薄膜。退火前后XPS谱中As(3d)峰的对比表明,MgxZn1-xO薄膜中存在As。电学测试结果表明:退火对样品的电阻率和载流子浓度的影响很大。这是长时间的氧气退火使得氧空位数目明显减少,从而使Zn—O键数量显著增加造成的。在样品的X射线衍射(XRD)谱中,p型样品的(002)衍射峰明显弱于n型样品。而在二者的光致发光(PL)谱中,都存在着很强的近带边发射(NBE)峰和较弱的深能级发射(DLE)峰,p型样品的NBE峰明显较弱而DLE峰却很强。这些现象是由于As原子的扩散,使薄膜中产生了新的缺陷能级,导致能级间的激子复合更加复杂。稳定的p型MgxZn1-xO薄膜的获得为制备MgxZn1-xO同质结和发光二极管奠定了基础。

CdxZn1-xO：Eu^3＋荧光粉的制备及其发光性质

采用高温固相法在1100℃下合成了Eu3+掺杂的CdxZn1-xO发光材料。采用X射线衍射对所合成样品的结构进行了表征。分析了不同浓度Cd2+的掺杂对于样品发光及激发峰位置的影响。通过对荧光光谱的测试,表明Cd2+的引入使得体系的禁带宽度变窄,并且通过Cd2+掺杂浓度的变化,可以对样品的激发光谱峰值在380～410nm进行调制,样品的发光以520nm处的宽带发射为主,并没有明显的Eu3+的特征发射,表明基质与Eu3+之间的能量传递并不有效。在加入Li+作为电荷补偿剂之后,出现了来自Eu3+的特征发射,相应的发射光谱的发射主峰位于609nm。样品380～410nm的激发峰范围覆盖了紫外LED芯片的输出波长。因此,这种荧光粉是一种可能应用在白光LED上的红色荧光粉材料。

CdxZn1-xO合金热力学性质的第一性原理研究

ZnO的能带工程是当前ZnO研究的热点之一通过等价阳离子如Cd,Be,Mg等部分取代Zn形成CdZnO,BeZnO,MgZnO等合金来调控ZnO带隙的研究己广泛开展.其中,Cd的掺杂可以减小ZnO的禁带宽度,使CdZnO合金在紫外一可见光波段光电器件中具有潜在的应用价值.本文利用第一性原理计算结合集团展开法,通过研究纤锌矿(WZ)和岩盐矿(RS)型Cd_xZn_(1-x)O合金不同Cd掺杂含量下各种构型的形成能,发现了纤锌矿结构的两种亚稳相Cd_(1/3)Zn_(2/3)O,Cd_(2/3)Zn_(1/3)O;对其晶格常数·键长·键角和电子结构的分析表明,随着Cd掺杂量的增大,晶格常数a,c均逐渐增大,而c/a值逐渐减小,O—Zn(Cd)—O键角及合金禁带宽度均逐渐减小.通过对Cd_xZn_(1-x)O合金的有效集团交互系数的分析得出,两个原子组成的集团中其有效集团交互系数最大,表明两原子集团对用集团展开法计算的形成能贡献最大.通过比较第一性原理计算的形成能和集团展开法拟合计算得到的形成能,发现两者相差很小,表明采用集团展开法拟合计算Cd_xZn_(1-x)O合金的形成能准确、可靠,通过对大量Cd_xZn_(1-x)O合金的形成能分析发现,大部分Cd_xZn_(1-x)O的形成能比同组分的ZnO与CdO混合相的能量高,表明ZnO和CdO互溶时会形成固溶度间隙,低温下难以实现全组分固溶.在此基础上,我们计算了WZ-和RS-Cd_xZn_(1-x)O随机合金的形成能并得到了相图.对于纤锌矿结构,其临界温度为1000 K;对于岩盐矿结构,其临界温度为2250 K.更高的临界温度表明Cd_xZn_(1-x)O难以形成岩盐矿结构的合金.进一步计算获得WZ-和RS-Cd_xZn_(1-x)O的两相相图,发现Cd较易固溶于WZ-ZnO中,而Zn较难固溶于RS-CdO中.

立方相MgxZn1-xO纳米晶体薄膜的物理特性

介绍了在Si衬底和石英玻璃衬底上生长的立方相MgxZn1-xO(0.55≤x≤1)晶体薄膜的物理特性,AFM和XRD等微结构特性表征显示了良好的表面形貌和高度的(111)取向生长特性.采用Manifacier方法,根据透射光谱中的干涉峰,计算得到立方相MgxZn1-xO薄膜的折射率.与已报道的六方相MgxZn1-xO(0≤x≤0.5)薄膜的折射率相类似,在400～800nm的可见光区域,不同Mg含量的立方相MgxZn1-xO薄膜,其折射率随入射波长的色散关系遵循一阶Sellmeier方程.对给定400nm的入射光波长,当薄膜中的Mg含量由55%增至100%时,其折射率由1.89衰减至1.73.

溶胶-凝胶法制备MgxZn1-xO薄膜及性能研究

采用溶胶-凝胶法在石英玻璃片衬底上制备了Mg^2＋掺杂的ZnO（MgxZn1-xO）薄膜，研究了Mg^2＋掺杂对ZnO薄膜结构和紫外透过率的影响；在氧化物薄膜上真空蒸镀了A1叉指电极，制得紫外原型探测器件，测试了FV特性。结果表明，Mg^2＋掺杂后，MgxZn1-xO薄膜为纤锌矿结构，随着x值增加，晶格常数C逐渐减少，a逐渐增大，Mg^2＋掺杂抑制了（002）晶面的生长；紫外透过光谱表明，Mg^2＋掺杂后吸收边发生蓝移，可提高ZnO薄膜的禁带宽度；FV特性曲线表明，正向偏压下探测器的暗电流和光照电流随外加偏压呈线性增长，但光照电流与暗电流的差别较大。

Cd_xZn_(1-x)O薄膜的制备及非线性光学特性研究

采用磁控溅射技术制备了CdxZn1-xO薄膜,通过X射线衍射仪、紫外-可见分光光度计对薄膜的晶体结构、透射光谱、带隙宽度进行了测试分析,并采用飞秒激光Z扫描的方法,测量了Cd0.20Zn0.80O薄膜的三阶非线性光学特性,结果表明:Cd组分不高于0.20时,薄膜仍保持六角型晶体结构,且随着Cd组分的增加,(002)衍射峰向小角度方向移动,吸收边明显红移,禁带宽度从3.29e V被调节至3.13e V,测得Cd0.20Zn0.80O薄膜的三阶非线性折射率为1.57×10-17m2/W,非线性吸收系数为4.98×10-11m/w.

磁控溅射生长Cd_xZn_(1-x)O薄膜的表面形貌、结晶特性和光学性能研究

本文采用射频反应磁控溅射方法,在Si(100)上制备了不同Cd含量的CdxZn1-xO的薄膜。利用电子探针(EPMA)、原子力显微镜(AFM)和X射线衍射(XRD)对薄膜的成分、表面形貌和晶体结构进行系统表征。结果表明:CdxZn1-xO(0≤x≤0.179)薄膜具有c轴择优取向,随着Cd含量增加,薄膜半峰宽(FWHM)变大,表面粗糙度增加,当x=0.108时出现相分离。透射光谱测试表明,通过调节Cd含量实现了对CdxZn1-xO的薄膜能带的调节。

Mg_xZn_(1-x)O复合薄膜带隙展宽的研究

利用溶胶-凝胶旋涂工艺在普通玻璃基底上生长本征ZnO薄膜和Mg_xZn_(1-x)O复合薄膜.采用X射线衍射仪(XRD)、紫外可见分光光度计(UV-vis)、光致发光(PL)等测试手段对样品进行表征,分别对半导体合金薄膜的晶格参数与结构、结晶质量、光学透过率及其禁带宽度进行分析与研究.比较Mg_xZn_(1-x)O薄膜与本征ZnO薄膜的XRD图谱后发现,Mg元素可提高薄膜的结晶质量,但是复合薄膜的c轴择优取向没有因为Mg元素的引入而得到改善.随着Mg元素掺杂量的增加,Mg_xZn_(1-x)O(x=0.10、0.20、0.30)复合薄膜的带隙随之变宽,薄膜组分为Mg0.20Zn0.80O和Mg0.30Zn0.70O时,光致发光谱中出现了强度较大的紫外发光峰,组分为Mg0.20Zn0.80O薄膜的带隙展宽效果较为明显且光学透过率较优.

立方Mg_xZn_(1-x)O晶体薄膜的制备和性能

采用低温物理沉积技术在二氧化硅衬底(SiO2/Si(100))和石英玻璃上生长出了MgxZn1-xO(x>0.5)晶体薄膜,并用扫描电镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)、X射线衍射(XRD)图谱和紫外-可见光透射光谱对其进行了表征.结果表明,在SiO2/Si(100)和石英玻璃衬底上沉积的MgxZn1-xO(x>0.5)晶体薄膜表面平整,均呈立方结构,且具有高度的(001)择优取向.立方MgxZn1-xO薄膜具有从紫外到近红外波段良好的透明性,折射率为1.7-1.8,随着波长的增大或Mg组分的增大而降低.

Si(111)衬底上生长的立方Mg_xZn_(1-x)晶体薄膜

在国际上第一次采用电子束反应蒸发法在Si(111)衬底上生长了Mg_xZn(1-x)O晶体薄膜.能量色散X射线(EDX)特征能谱及X射线衍射(XRD)分析表明薄膜呈立方结构,薄膜的晶面取向依赖于生长温度,在200℃温度下生长得到高度(200)取向的立方Mg_xZn(1-x)O薄膜,温度过高时得到多晶薄膜.对高度(200)取向的立方Mg_xZn(1-x)O薄膜的光荧光激发谱(PLE)分析表明其光学带隙为4.20eV,相对于MgO的带隙红移量为3.50eV.XRD分析还表明立方Mg_xZn(1-x)O薄膜与MgO衬底之间的晶格失配仅为0.16％.这使得高质量立方Mg_xZn(1-x)O/MgO多量子阱材料的制备成为可能.

退火对立方相Mg_xZn_(1-x)O薄膜的结构和光学性质影响

在蓝宝石(0001)衬底上低温生长立方相MgxZn1-xO(x>0．5)晶体薄膜,用X射线衍射(XRD)和透射光谱分析高温退火对薄膜的结构和光学性质的影响．结果表明:对Mg0．53Zn0．47O薄膜,在900℃的退火温度下,(0002)衍射峰以及透射光谱上双吸收边的出现均表明有六方结构从其立方结构中分离出来;但对于Mg含量高于55％的样品,即使经历了1000℃的高温退火,也不会有任何相分裂现象出现．而电学测试结果表明,高温下热稳定性良好的立方相Mg0．55Zn0．45O晶体薄膜还能用于金属-绝缘体-半导体的绝缘层,并且漏电流小．由此可以判断,x≥0．55的超饱和MgxZn1-xO薄膜具有稳定的立方相晶体结构和优良的光学、电学性质,因而是制作高质量的光电子器件和量子阱激光器的理想材料．

带隙可调的宽禁带半导体Mg_xZn_(1-x)O薄膜研究进展

MgxZn1 xO薄膜是一种新型宽禁带半导体薄膜,在兼顾ZnO、MgO材料性能的同时,具有带隙连续可调的特点,近年来逐渐成为半导体光电功能材料与器件的研究热点之一。本文从MgxZn1 xO薄膜的基本特性、制备方法、应用研究等方面进行了分析和评述,并对其应用前景进行了展望。

Mg掺杂量和退火温度对Mg_xZn_(1-x)O∶Al紫外透明导电薄膜结构与性能的影响

以自制MgxZn1-xO∶Al陶瓷为靶材,采用磁控溅射工艺在石英玻璃衬底上制备了MgxZn1-xO∶Al紫外透明导电薄膜,研究了Mg掺杂量和退火温度对MgxZn1-xO∶Al薄膜结构和光电性能的影响。X射线衍射表明,在x≤0.4的范围内,MgxZn1-xO∶Al薄膜为六角纤锌矿结构,当x≥0.6时,MgxZn1-xO∶Al薄膜为立方结构。当x≤0.4时,随着x值的增加,薄膜的电阻率有所增加,但其光学吸收边产生明显的蓝移,禁带宽度显著增大,透射光谱扩展到紫外区域。退火对薄膜电阻率影响显著,随着退火温度的增加,样品的电阻率先大幅度降低,后有略微的回升,600℃时电阻率最低,且吸收边较未退火时有一定的蓝移。

Mg_xZn_(1-x)O薄膜的红外光谱及其表面浸润性

采用溶胶-凝胶法制备MgxZn1-xO薄膜,利用X射线衍射仪、原子力显微镜、傅里叶变换红外光谱仪和荧光光谱仪等测试分析薄膜的微结构、表面形貌、红外光谱和光致发光特性等,研究结果表明,薄膜中的Zn O成分均呈六角纤锌矿结构,当x=0.15时,薄膜中有Mg O成分析出;随着x从0增大到0.15,均方根粗糙度不断减小;1038 cm-1附近的吸收峰对应于Si-O-Si的对称和反对称伸缩振动模,408 cm-1附近的吸收峰对应于六角结构Zn O的Zn-O振动模,900 cm-1附近的吸收峰则对应于SiO键伸缩振动模,该吸收峰强度的减弱说明薄膜中Si-O键数目减少。近带边发射峰位由410 nm蓝移到370 nm与薄膜导带底或价带顶的局域能级、薄膜禁带宽度变化等因素有关,可见光发射带是单离子氧空位(VO+)和氧填隙(Oi)等薄膜本征缺陷相互竞争的结果。用接触角测试仪测试薄膜的表面接触角,研究Mg含量对薄膜的表面浸润性及其光诱导可逆转变的影响,并探讨其形成机理。

退火温度对射频磁控溅射法生长的Mg0.16Zn0.84O薄膜性质的影响

采用射频磁控溅射的方法在硅衬底上生长出高质量的Mg0.16Zn0.84O薄膜.用X射线(XRD)、原子力显微镜(AFM)分别研究了在200、400、600和800℃下空气中退火2h的Mg0.16Zn0 84O薄膜的结构、表面形貌.结果表明,Mg0.16Zn0.84O薄膜是六角纤锌矿结构,具有沿与衬底垂直的C轴的择优取向;随着样品退火温度的升高,(002)衍射峰强度明显增强,衍射峰半高宽(FWHM)由0.86°单调地降低到0.40°,晶粒大小明显增大,最大的高达400nm以上.用TV1900型双光束紫外可见分光光度计测量了淀积在蓝宝石衬底上的Mg0.16Zn0.84O薄膜室温的透射谱,得到可见光区的平均透过率约为95%,进而估算出Mg0.16Zn0.84O薄膜的带隙宽度约为3.58eV.

磁控溅射Mg_xZn_(1-x)O薄膜的结构与光学性能研究

利用射频磁控溅射技术在玻璃衬底上沉积了MgxZn1-xO(x=0～0.2)薄膜。采用X射线衍射仪、紫外-可见光分光光度计和荧光光谱仪研究了Mg掺杂量对MgxZn1-xO薄膜结构与光学性能的影响。XRD图谱表明,MgxZn1-xO薄膜均为六角纤锌矿结构,并且呈现出c轴择优生长特性,当x>0.1时薄膜出现(100)面衍射峰,薄膜的c轴择优生长特性减弱,随着x值的增加,晶格常数c逐渐减小。紫外可见光透射光谱表明,Mg的掺入提高了薄膜在可见光范围内的透过率,同时使薄膜的禁带宽度增大。PL谱分析显示,Mg的掺入使薄膜的紫外发射峰和蓝光发射带发生蓝移,当x=0.1时近带边发射峰与杂质发射的强度比值最高。

水浴温度对化学浴沉积制备的Cd_xZn_(1-x)S薄膜光电性能的影响

采用氯化镉,氯化锌,硫脲,柠檬酸钠和氨水构成的溶液体系通过化学浴沉积法合成CdxZn1-xS薄膜,采用SEM、EDS、XRD和紫外可见近红外分光光度计等表征手段研究了CdxZn1-xS薄膜的形貌、组分、相结构和光学性能,测试了薄膜的光电流响应曲线进而对薄膜的光电性能进行了分析。结果表明,在65~85℃水浴温度下均可以制备CdxZn1-xS薄膜,随着水浴温度升高,薄膜中Zn的原子比例相对增加,光学带隙增大;制备的薄膜均显示了明显的光电导现象。75℃制备的薄膜的表面最为平整致密,结晶性最好,光学带隙为2.72 e V,光暗电导比为1.20;光源关闭后电流下降过程最快,关闭10 s后电流下降了约69.39%。

湿化学工艺SrNb_xTi_(1-x)O_3导电薄膜的制备及性能

采用湿化学工艺在硅衬底上成功地制备了结构致密、均匀且无龟裂的SrNb_xTi_(1-x)O_3薄膜。金属盐的冰醋酸溶液经回流再加入乙酸酐除去无机阴离子和结晶水,形成的金属醋酸盐与适当的络合剂形成的多配体络合物经部分水解生成的羟基化合物M(OH)_(n-x)(L)_x(L=C_4H_6O_6或AcAc,M=Sr或Ti或Nb)经羟基聚合形成SrNb_x-Ti_(1-x)O_3簇状溶胶。丙三醇抑制了羟基金属过度聚合,甲基纤维素(MCL)使SrNb_xTi_(1-x)O溶胶具有网状结构。SrNb_(0.1)Ti_(0.9)O_3(SNTO)凝胶薄膜经过650～750℃/30min退火形成假立方钙钛矿结构。应用XRD、SEM和TEM对薄膜结构和形貌进行表征。室温下SNTO薄膜的电阻率为54μΩ·cm,而在160K到室温之间薄膜电阻率随温度的变化遵从ρ=ρ_0+AT^2。分析结果表明:Nb^(5+)离子的施主掺杂改变了禁带宽度,实现了SrTiO_3的n-型半导体化。SNTO(100)/Pt/Ti/SiO_2/Si衬底上的Pb(Zr_(0.52)Ti_(0.48))O_3(PZT)薄膜的择优取向明显,较之于Pt/Ti/SiO_2/Si衬底上的PZT薄膜有良好的铁电性,其剩余极化强度也比PZT/Pt(111)/Ti/SiO_2/Si的大。

衬底温度对Mg_xZn_(1-x)O晶体薄膜表面形貌的影响

采用低温物理沉积技术在二氧化硅衬底(SiO2/Si(100)生长出了MgxZn1-xO晶体薄膜.用原子力显微镜(AFM)测得不同衬底温度下晶体薄膜的表面平整性,根据测得的数据资料分析衬底温度对薄膜表面粗糙度的影响,发现在250℃时生长得到的MgxZn1-xO薄膜具有最好的平整性,这也和以前生长的MgxZn1-xO薄膜分析结果一致.

电子束蒸发结合热处理方法制备高质量Mg_xZn_(1-x)O薄膜

利用电子束蒸发结合热处理方法在150℃下,石英衬底上生长了纤锌矿结构的MgxZn1-xO薄膜。用X射线衍射(XRD),扫描电镜(SEM),吸收光谱和室温光致发光(PL)光谱研究了退火条件和降温方式对MgxZn1-xO薄膜的微结构和光学性质的影响。在吸收光谱中,吸收边和吸收峰的蓝移说明:通过改变退火条件和降温方式,可以将MgxZn1-xO薄膜的带隙从3.37eV提高到3.61eV。从SEM的结果得出:吸收边和吸收峰的蓝移不是由量子限制效应引起的,而是形成了MgxZn1-xO合金薄膜。在XRD谱图中,没观察到属于MgO的衍射峰,700℃退火快速降温至室温薄膜的衍射峰的半高全宽(FWHM)较其他薄膜的衍射峰有所展宽,说明Mg2+已经成功地取代了ZnO中的Zn2+。薄膜的室温光致发光谱说明:通过采用快速降温,可制得高质量的MgxZn1-xO薄膜。