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。

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。

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.

Mg_xZn_(1-x)O单晶薄膜和MgZnO/ZnO异质结构的光学性质

报道了利用等离子辅助分子束外延技术 ,在蓝宝石 c平面上外延生长的 Mgx Zn1 - x O单晶薄膜以及 Mg Zn O/Zn O异质结构的光学性质 .室温下随着 Mg浓度增加 ,合金薄膜样品的发光峰与吸收边均向高能侧移动 .研究了样品紫外发光的起因 ,将 Mgx Zn1 - x O合金薄膜的发光归结为束缚激子的复合 .在 Mg0 .0 8Zn0 .92 O/ Zn O样品中 ,观察到了分别来自于 Zn O层和 Mg Zn O盖层的发光和吸收 ,并将其归因于来自 Zn O层的自由激子和 Mg Zn

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薄膜的生长及其光学性能

利用金属有机化学气相沉积(MOCVD)法在蓝宝石(1120)衬底上生长高质量的MgxZn1-xO合金薄膜,实验研究了各种不同Mg组分对样品光学性能的影响。通过光致发光荧光衰减特性对激子发光寿命的研究表明,激子的寿命随Mg组分的增加而增加,当Mg组分达到50%时,激子的寿命为872ps。

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。

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。

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。

溶胶-凝胶法制备Mg_xZn_(1-x)O薄膜的结构及光学特性

用溶胶-凝胶法制备了一系列的MgxZn1-xO(0≤x≤0.3)薄膜,并用X射线衍射(XRD)和光致发光(PL)研究了不同的退火温度和Mg的掺杂含量对MgxZn1-xO薄膜的结构和光学性质的影响。研究表明:MgxZn1-xO薄膜为单相六角纤锌矿结构,并且具有沿c轴的择优取向;发现了中间热处理温度为350℃的MgxZn1-xO薄膜退火温度的转折点为700℃,低于这个温度时随退火温度的升高,(002)衍射峰强度增强且掺Mg的薄膜既有紫外光又有绿光发射;800℃退火时,薄膜的(002)衍射峰强度减小,出现了(100)和(101)衍射峰,且掺Mg的薄膜只有紫外发光峰。不同的掺杂浓度对于发光也有影响,低于700℃退火时,ZnO薄膜只出现紫外发光峰,掺Mg的薄膜却出现了紫外和绿光两个发光峰。

紫外发光的半导体Mg_xZn_(1-x)O薄膜制备与性质

利用ＺｎＯ微晶粉末以化学电泳法成功地在导电玻璃上制备了不同ｘ值的紫外发光的宽禁带氧化物半导体三元化合物ＭｇｘＺｎ１－ｘＯ薄膜．电子显微镜和Ｘ射线衍射研究显示,薄膜由ＭｇｘＺｎ１－ｘＯ微晶组成,薄膜中微晶大小的分散度比ＺｎＯ粉末有所减小,并更具择优取向的趋势．室温下光致发光测量给出,ＭｇｘＺｎ１－ｘＯ薄膜在小于３８０ｎｍ的紫外波段出现较强的半宽小于２０ｎｍ的激子性发光峰,而且带边峰的半宽以及带边峰与杂质缺陷峰强度之比均较原始的ＺｎＯ粉末有明显改善,表明这种ＭｇｘＺｎ１－ｘＯ薄膜具有优良的紫外发光特性．

超声喷雾热解法制备Mg_xZn_(1-x)O薄膜及其性能研究

采用超声喷雾热解法在石英玻璃衬底上生长出不同组分的宽禁带Mg_xZn_(1-x)O薄膜(x=0、0.08、0.16、0.25)。通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和分光光度计等分析测试手段对Mg_xZn_(1-x)O薄膜的晶体结构、透光性及禁带宽度进行了研究。结果表明,随着Mg含量的增加,Mg_xZn_(1-x)O薄膜仍然保持着ZnO的纤锌矿结构,没有生成MgO相,Mg可以有效地溶入ZnO的晶格中。Mg_xZn_(1-x)O薄膜具有良好的透光性,在可见波段的光透过率达85%以上;此外,随着Mg含量的增加,Mg_xZn_(1-x)O薄膜的吸收边出现蓝移现象,禁带宽度从3.30eV增大到3.54eV。

Mg_xZn_(1-x)O薄膜样品制备及其结构与带隙分析

利用共溅射技术制备了MgxZn1-xO薄膜样品,研究了Mg的掺杂浓度对其晶体结构、光学带隙的影响,退火环境与温度对其晶体结构、表面形貌的影响.通过对XRD图的分析表明,所制MgxZn1-xO薄膜样品为六角纤锌矿结构,且随着x值的增大,样品的晶格常数c逐渐减小;对比真空环境下,氧气中退火温度为500~600℃时更有利于提高样品的结晶质量.对吸收谱的分析表明随着Mg掺杂浓度增大,样品的吸收边向短波方向移动,带隙增大.

Mg_xZn_(1-x)O薄膜的光致发光性能研究

用溶胶-凝胶旋涂的方法在Si(100)衬底上成功制备了MgxZn1-xO薄膜。通过对样品的X射线衍射花样进行分析,发现制得的样品都有明显的C轴取向。掺入Mg后C轴参数逐渐变小,这表明Mg离子进入了ZnO晶格。随着镁的掺入,其光致发光谱中的紫外发射峰的峰位发生明显蓝移,从3.28eV线性地变化到3.45eV。值得注意的是,掺入镁离子后,薄膜的紫外发光和可见发光的强度都显著高于ZnO。