Cu-Al共掺磁控溅射ZnO薄膜的结构和性能研究

利用FJL560CI2型磁控溅射仪,通过改变掺杂所用的铜丝长度而保持铝丝长度不变,制备了掺杂浓度和掺杂比例不同的Cu-Al共掺ZnO薄膜。通过X射线衍射图谱来分析薄膜样品的微观结构特征,采用扫描电子显微镜观察了样品的表面形貌,样品的电学性能和光学性能分别利用HMS-2000霍尔效应测试仪和UV-3600分光光度计来测试。结果表明,向ZnO薄膜中掺杂铜铝能够将ZnO薄膜的电阻率从108数量级降到10-2数量级,而对其在可见光范围内的优良透过率几乎没有影响,Cu-Al共掺是获得透明导电ZnO薄膜的一种有效方式。

K掺杂量对K-N共掺ZnO薄膜光学性能的影响

利用超声喷雾热解法在石英玻璃衬底上制备不同K掺杂量的K-N共掺ZnO薄膜.通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、光致发光谱(PL谱)和紫外-可见分光光度计对K-N共掺ZnO薄膜的晶体结构、表面形貌及光学性能进行表征.结果表明:K-N共掺ZnO薄膜为六方纤锌矿结构并沿(002)方向择优生长;随着K掺杂量的增加,薄膜紫外发射峰的强度先升高后降低,并且吸收边出现轻微蓝移,禁带宽度增大;K-N共掺ZnO薄膜的透过率随K的掺杂量的增加先升高后降低,在65%～70%之间浮动.当K掺杂原子比为0.025时,所制备的薄膜具有高度的c轴择优取向,其薄膜表面均匀、光滑平整,具有较好的结晶度和光学性能.

N-Al共掺ZnO薄膜的p型传导特性

利用直流反应磁控溅射技术制得N Al共掺的p型ZnO薄膜,N2O为生长气氛.利用X射线衍射(XRD),Hall实验,X射线光电子能谱(XPS)和光学透射谱对共掺ZnO薄膜的性能进行研究.结果表明,薄膜中Al的存在显著提高了N的掺杂量,N以N Al键的形式存在.N Al共掺ZnO薄膜具有优良的p型传导特性.当Al含量为0.15wt%时,共掺ZnO薄膜的电学性能取得最优值,载流子浓度为2.52×1017cm-3,电阻率为57.3Ω·cm,Hall迁移率为0.43cm2/(V·s).N Al共掺p型ZnO薄膜具有高度c轴取向,在可见光区域透射率高达90%.

溶胶-凝胶法制备Na/Mg共掺ZnO薄膜的特性研究

利用溶胶-凝胶旋涂法制备了Na/Mg共掺ZnO薄膜。通过与未掺杂及只掺Mg的ZnO薄膜的对比分析,重点研究了Na/Mg共掺ZnO薄膜的结构、光学及电学特性。扫描电子显微镜(SEM)图像、X射线衍射(XRD)图谱、透射光谱及PL谱的分析结果表明,Na/Mg共掺有利于提高ZnO薄膜的结晶特性及c轴择优取向性。Na/Mg共掺会使得ZnO薄膜的禁带宽度增加,但增加的幅度小于单独掺Mg引起的禁带宽度增加。消除氧空位缺陷后,Na/Mg共掺ZnO薄膜将是一种很好的紫外发光材料。霍尔效应分析结果表明,Na/Mg共掺杂可将ZnO薄膜导电性从N型转变为P型,且使电阻率有很大幅度的增加。

N-X共掺p型ZnO薄膜的研究进展

获得高质量稳定的p型ZnO薄膜是实现ZnO基光电器件化的关键。目前,国际上公认Ⅴ族元素中的N替代O位(NO)是实现p型ZnO较理想的掺杂途径。但p-ZnO∶N薄膜的导电性能会随着时间、光照、温度条件发生变化,稳定性不足。大量的理论和实验研究表明N基二元共掺(N-X)可以提高N在ZnO薄膜中的固溶度,浅化N的受主能级,且在很大程度上能够改善p型ZnO的导电性能,有利于获得稳定的p型ZnO薄膜。为此,从N基施主受主共掺、双受主共掺以及其它共掺方面综述了N-X共掺p型ZnO薄膜的研究现状。

Na/Mg共掺ZnO薄膜的溶胶-凝胶法制备及特性研究

利用溶胶-凝胶旋转涂膜法在耐热玻璃衬底上制备了不同膜厚的Na/Mg共掺ZnO薄膜。重点研究了膜厚对Na/Mg共掺ZnO薄膜结构和光学特性的影响。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,膜厚为200~500 nm时,随着膜厚的增加,薄膜的结晶性、致密性及c轴择优取向生长特性都呈现出先增强后降低的趋势。透射光谱分析结果表明,薄膜在可见光范围内的平均透光率随着膜厚的增加而显著下降。实验条件下,膜厚约为300 nm的Na/Mg共掺ZnO薄膜具有优良的结构特性和透光特性。荧光光致发光（PL）谱表明该薄膜中缺陷很少,是优良的紫外发光材料。

晶体结构对Er/Yb共掺ZnO薄膜光致荧光特性的影响

采用脉冲磁控溅射技术制备了Er/Yb共掺ZnO薄膜,对不同退火温度下薄膜晶体结构和光致荧光(PL)光谱进行了系统分析,探讨了退火处理所导致的晶体结构变化以及反应新相的生成对Er3+离子激活、薄膜PL光谱的影响.研究结果表明,退火处理所导致的Er3+离子PL光谱的变化与薄膜的微观状态之间有着密切的联系.在室温到1050℃退火温度范围内,Er/Yb共掺ZnO薄膜为多晶结构,薄膜荧光强度的增加主要是薄膜内氧含量增加、缺陷减少使Er3+离子荧光寿命增加以及Er3+离子激活比例增加所致.当退火温度超过1050℃,荧光强度的明显降低是由新相生成造成缺陷增加以及薄膜内氧含量降低引起.在整个退火温度范围内,薄膜的PL光谱都表现为同一种光谱特性,即明锐的多峰结构,这说明Er3+在ZnO和Zn2SiO4中的周围环境非常相似.

Mg,Sn共掺对ZnO薄膜光电性能的影响

采用溶胶-凝胶旋涂法在石英衬底上制备了不同Mg,Sn掺杂比例的ZnO薄膜,研究了不同Mg,Sn比例对ZnO薄膜微观结构、表面形貌和光电性能的影响及其内在机制。结果表明:Mg,Sn掺杂后薄膜仍保持六方纤锌矿结构并沿(002)方向择优生长,掺入2%的Mg后,晶粒有所长大,保持2%Mg不变,随着Sn的掺入,薄膜晶粒减小,但薄膜的致密度、表面平整度以及薄膜晶粒均匀性却有明显的改善;适量Mg,Sn掺杂,一方面,因Mg,Zn离子的金属性差异和Sn4+替位Zn2+晶格位置提供两个自由电子使薄膜载流子浓度增加产生Burstein-Moss效应,另一方面,因晶粒尺寸变小产生量子限域效应,薄膜禁带宽度增大,同时可见光透过率也有着明显提高;Mg,Sn共掺杂使薄膜结晶变好,载流子迁移率增大,同时载流子浓度上升,ZnO薄膜电阻率呈现较大幅度的下降。

Sn掺杂量对Sn-Mg共掺杂ZnO薄膜光电性能的影响

采用超声喷雾热解法在石英衬底上制备了Sn-Mg共掺的ZnO纳米薄膜.借助X射线衍射仪(XRD),扫描电子显微镜(SEM),光致发光谱(PL谱),紫外-可见分光光度计(UV-Vis)和伏安特性曲线(I-V)等测试手段研究了Sn掺杂量的改变对薄膜的结构、形貌和光电性能的影响.结果表明,适量的Sn掺杂可以提高薄膜的表面形貌和光电性能.随着Sn掺杂量的增加,薄膜的(101)衍射峰强度、紫外发光峰、透过率和导电率都是先增加后减小,带隙能量值从3.350eV增加到3.651eV,并且平均透过率均在80%~87%之间.当Sn掺杂量为0.004时,薄膜结晶质量最好,表面最致密,晶粒大小最均匀,紫外发光峰强度最大,导电率最高.

Sol-Gel法制备B-N共掺ZnO薄膜及光学性能研究

实验将B和不同含量的N元素掺入ZnO薄膜中,利用溶胶-凝胶(Sol-Gel)旋涂工艺分别在玻璃和硅衬底上制备B-N共掺ZnO薄膜.用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、紫外-可见分光光度计(UV-Vis)和光致发光谱(PL)对B-N掺杂样品薄膜的晶体结构、表面形貌及光学性能进行表征.结果表明,B-N共掺后的薄膜样品,与未掺杂样品和B单掺样品薄膜相比,薄膜结构仍为六方纤锌矿相,且沿ZnO(002)衍射峰择优生长.随着N掺杂量的增加,样品的(002)衍射峰的强度先增强再减弱,当N掺杂量为3.0 at%时,衍射峰强度最强,更适合薄膜生长.此时c轴取向相对较好,结晶度高,薄膜表面性能最佳,透过率在90%左右,禁带宽度达到3.51 eV,紫外发光峰受到抑制.

掺杂工艺对Al-F共掺ZnO薄膜性能的影响

采用溶胶-凝胶旋涂工艺在普通玻璃基片上制备出Al-F共掺杂ZnO薄膜,共掺杂离子浓度从0.25%增加到1.25%,退火气氛分别为空气、氢气和氩气,退火温度均为450℃。利用XRD和SEM测试方法研究了共掺杂离子浓度和退火气氛对薄膜的结晶状态与表面形貌的影响;此外,用紫外-可见分光光度计及四探针法等仪器对其透光性以及电阻率进行了测试,进一步研究了退火气氛对薄膜光电性能的影响。结果表明:制备的Al-F共掺杂ZnO薄膜多数表面平整,晶粒致密均匀,随着掺加浓度的增加,晶粒呈现出沿(002)晶面择优生长并且晶粒尺寸逐渐变大(由17.3nm增加到51.4 nm)。各种气氛下制备的薄膜在可见光大部分范围内透过率均超过80%;通过比较不同气氛下各种薄膜的电阻率,可以看到在H2气氛中退火处理后其电阻率最低为9.36×10-2Ω.cm;此外,与单一掺杂Al离子或F离子的薄膜相比较,Al-F共掺ZnO薄膜电阻率最低。

射频反应磁控溅射法退火生长Na-N共掺杂p-ZnO薄膜

采用射频反应磁控溅射法退火生长得到了Na-N共掺杂p-ZnO薄膜。XRD测试结果表明,退火前后均得到c轴择优取向的ZnO薄膜。Hall测试结果表明:退火后薄膜的电学性能明显改善,得到了p-ZnO薄膜,退火温度为450℃时取得最佳电学性能:室温电阻率为139.2Ω.cm,迁移率为0.2cm2.V-1.s-1,空穴浓度为2.5×1017cm-3。XPS分析表明:Na掺入ZnO中作为受主NaZn而存在,N主要以N—H键的形式存在,其受主NO的作用不明显,但是否存在NaZn-NO受主复合体,还需进一步的研究。

溶胶-凝胶旋涂法制备In-N共掺ZnO薄膜及其光学性能研究

ZnO是目前使用广泛的半导体材料,但本征ZnO存着在一定的缺陷,现通过溶胶-凝胶旋涂法分别以乙酸锌(Zn(CH_(3)COO)_(2)·2H_(2)O)为锌源、硝酸铟(In(NO 3)_(3)·H_(2)O)为铟源、氯化铵(NH_(4)Cl)为氮源制备了In-N共掺的ZnO薄膜,由此来改善其相关性能。所制备样品的晶格结构、表面形貌、光学透过率及光学带隙分别通过X射线衍射仪(XRD),扫描电子显微镜(SEM)和紫外-可见分光光度计(UV-Vis)来进行表征和分析。结果表明:随着N掺杂量的增加,In-N共掺ZnO薄膜的结晶度有了明显的改善,晶粒大小均匀且尺寸逐渐减小,光透过率逐渐增加,相比于单掺样品禁带宽度减小。当N掺杂量为8.0 at%时,ZnO薄膜的晶粒尺寸及分布最为均匀、表面平整、光透过率达90%、禁带宽度轻微减小,所形成的薄膜质量最好。

ZnO薄膜的p型掺杂研究进展

ZnO作为重要的第三代半导体材料在光电领域具有广泛的应用前景因而引起越来越多的关注,ZnO薄膜的p型掺杂是实现ZnO基光电器件的关键,也是ZnO材料的主要研究课题。本文论述了ZnO薄膜p型转变的难点及其解决方法,概述了ZnO薄膜p型掺杂的研究现状,提出了有待进一步研究的问题。

N掺杂对Co-ZnO薄膜电学和磁学性能的影响

采用脉冲激光沉积(PLD)法通过电离活化方式在石英和Si(100)衬底上制备了Co-N共掺ZnO薄膜,研究了N掺杂对Co-ZnO薄膜电学和磁学性能的影响.实验观察到700℃、N2O压强为15Pa时生长的Co-N共掺ZnO薄膜显示室温磁滞回线.采用XRD、SEM、XPS、霍尔测试和SQUID等手段对样品进行了测试,结果表明,所得薄膜样品具有高度的c轴择优取向,XRD图谱中并没有发现Co、N的相关分相,Co、N原子分别以替代位形式CoZn、NO存在于薄膜中.霍尔测试和SQUID测试表明,Co-N共掺ZnO薄膜呈p型,具有室温磁滞效应.与Co掺杂ZnO薄膜相比,载流子浓度降低,同时,饱和磁化强度和矫顽力有很大提高,可见,N的掺入改变了Co掺杂ZnO稀磁半导体薄膜的导电类型,并增强了磁性。

p-ZnO∶(Ag,S)薄膜上生长ZnO纳米结构的研究

利用水热法在p型银硫共掺ZnO(p-ZnO︰(Ag,S))薄膜上生长ZnO纳米结构.通过扫描电子显微镜(SEM),X射线衍射(XRD),光致发光谱(PL)及吸收谱研究了p-ZnO︰(Ag,S)薄膜在不同温度下退火后对ZnO纳米结构及其光学特性的影响.当退火温度低于300℃时,SEM图像显示ZnO纳米结构为纳米柱形式出现,并且随着退火温度的升高纳米柱长度减小直径增加;当退火温度为350℃时,ZnO纳米结构出现了大量平板结构;当退火温度为400℃时,ZnO纳米结构又回归为纳米柱结构.XRD谱显示ZnO纳米结构以(002)择优取向进行生长,PL谱显示ZnO纳米结构以602nm左右的缺陷发射峰占主导,吸收谱显示ZnO纳米结构的禁带宽度随退火温度的升高逐渐增大,在350℃时出现最大值,此后随退火温度升高而减小.通过在p-ZnO︰(Ag,S)薄膜上生长ZnO纳米结构的研究将更加有助于ZnO半导体器件的研究.

在不同衬底温度下用直流反应磁控溅射法制备p型ZnO薄膜(英文)

采用直流反应磁控溅射方法,通过改变衬底温度并优化生长参数,在玻璃衬底上生长了In-N共掺p型ZnO薄膜。X射线衍射(XRD)测试表明,所得薄膜结晶性能良好,且具有很好的c轴择优取向。Hall测试的结果所得p型ZnO薄膜最低电阻率为35.6Ω·cm,霍尔迁移率为0.111cm2·V-1·s-1,空穴浓度为1.57×1018cm-3。X光电子能谱(XPS)测试表明,铟元素已有效地掺入了ZnO薄膜中,且铟元素有效地促进了氮元素的掺入。紫外可见(UV)透射谱测试表明,在可见光范围内所有薄膜透光率均可达90%。

衬底温度对Na-Mg共掺ZnO薄膜光学性能的影响

采用超声喷雾热解法,以石英玻璃为衬底,以乙酸锌(Zn(CH_3COO)_2·2H_2O)、硝酸镁(Mg(NO_3)_2·6H_2O)和醋酸钠(CH_3COONa·3H_2O)为前驱体溶液,在不同衬底温度(480~560℃)下制备Na-Mg共掺杂ZnO薄膜。通过X-射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、光致发光(PL)谱和紫外-可见(UV-Vis)分光光度计等表征手段对样品的晶格结构、表面形貌、PL性能和透过率进行了研究。结果表明,衬底温度对薄膜结构和光学特性影响显著,当衬底温度为500℃时制备的Na-Mg共掺杂ZnO薄膜的c轴择优最明显,表面形貌更加致密,结晶质量最好,PL性能最佳。

高浓度Er/Yb共掺ZnO薄膜的结构及室温光致发光特性

采用射频磁控溅射方法制备了Er/Yb共掺ZnO薄膜,研究了退火处理对高浓度Er/Yb共掺ZnO薄膜的结构演化和光致发光(PL)特性的影响。X射线衍射分析结果表明:Er/Yb掺杂导致ZnO薄膜的晶粒细化及择优取向性消失,ZnO晶粒随退火温度的增加而逐渐长大。900℃退火时,出现Er3+、Yb3+偏析,退火温度高于1000℃时,薄膜与基体间发生了界面反应,1200℃时,ZnO完全转变为Zn2SiO4相。光致发光测量结果表明:高于900℃退火处理后,Er/Yb共掺ZnO薄膜在1540 nm附近具有明显的光致发光,发光强度在退火温度为1050℃时达到最大值;光致发光光谱呈现典型的晶体基质中Er3+离子发光光谱所具有的明锐多峰结构特征。此外,探讨了薄膜结构演化及其对光致发光光谱的影响。

不同衬底沉积Ti-Al共掺杂ZnO薄膜的性能对比研究

利用直流磁控溅射法,在玻璃衬底和Si片衬底上分别沉积出了Ti-Al共掺杂ZnO透明导电薄膜(TAZO),并对这两种衬底上的薄膜的应力、结构和光电性能进行了对比研究。结果表明:玻璃衬底和Si片衬底上沉积的TAZO薄膜均为具有c轴择优取向的六角纤锌矿结构多晶薄膜,Si片衬底的TAZO薄膜的导电性能优于玻璃衬底上的TAZO薄膜,53 min沉积出的两种衬底上的TAZO薄膜都具有最小电阻率,Si片衬底上薄膜的最小电阻率为5.07×10-4Ω.cm,玻璃衬底上薄膜的最小电阻率为5.48×10-4Ω.cm;玻璃衬底上的TAZO薄膜的应力小于Si片衬底上TAZO薄膜的应力。玻璃衬底上沉积TAZO薄膜样品的可见光透过率均大于90%,两种衬底上沉积TAZO薄膜的折射率都在2.0左右。