固溶体半导体Zn_(1-x)Mg_xS薄膜性质研究

以ZnS、Mg粉末为原料,应用双源真空蒸镀法,在石英玻璃衬底上成功地制备了不同Mg含量x的三元固溶体半导体Zn1-xMgxS薄膜。根据薄膜的X射线能量色散谱、X射线衍射谱和紫外-可见吸收光谱,由Vegard定律得到在实验范围内不同Mg含量x的薄膜晶格常数a与x的关系可表达为a(x)=0.53965-0.01415x(nm);薄膜的光学带隙Eg与x的关系可表达为Eg(x)=0.853x2+0.086x+3.662(eV)。

Zn_(1-x)Mg_xO薄膜p型导电和光学性能

采用超声喷雾热分解(U ltrason ic Spray Pyrolysis,USP)方法,以醋酸锌、醋酸镁、醋酸铵、氯化铝的混合水溶液为前驱溶液,在单晶S i(100)衬底上制备了ZnO,Zn0.81Mg0.19O,N-A l共掺杂ZnO和N-A l共掺杂Zn0.81Mg0.19O薄膜。以X射线衍射(XRD)、场发射-扫描电镜(FE-SEM)、霍尔效应(Hall-effect)、光致发光(Photolum inescence,PL)谱等手段研究了薄膜的晶体结构、表面形貌、电学性能、光学性能和带隙变化。电学测试结果表明,未掺杂ZnO及Zn0.81Mg0.19O薄膜为n型导电;而N-A l共掺杂ZnO和N-A l共掺杂Zn0.81Mg0.19O薄膜呈p型导电。Zn0.81Mg0.19O和N-A l共掺杂Zn0.81Mg0.19O(p型)薄膜在维持ZnO纤锌矿结构的前提下,光学带隙随Mg掺杂量增加而增大。初步结果显示,优化工艺参数下通过Mg掺杂制备光学带隙可调的p型Zn0.81Mg0.19O薄膜,对于试制Zn1-xMgxO基同质p-n结、短波长(紫外、深紫外)器件等方面有重要意义。

脉冲激光沉积法生长Zn_(1-x)Mg_xO薄膜

采用脉冲激光沉积法 ,生长出没有组分偏析 ,晶体质量好的 Zn1 - x Mgx O薄膜 (x=0 .2 ) .研究了衬底温度对Zn0 .8Mg0 .2 O薄膜晶体质量、晶粒度大小的影响 ,发现最佳衬底温度为 6 5 0℃左右 .对 Zn0 .8Mg0 .2 O薄膜进行了光致发光分析 ,发现相对 Zn O晶体有 0 .4 e

Zn_(1–x)Mg_xO能带结构及作为窗口层的CdTe薄膜太阳电池的SCAPS仿真应用

采用第一性原理广义梯度近似+U(GGA+U)方法计算了纤锌矿结构Zn_(1–x)Mg_xO(ZMO)(0≤x≤0.25)合金的能带结构。计算表明:随着Mg组分增加,ZMO化合物的导带底及费米能级均向真空能级方向移动,带隙增宽。基于理论计算得到ZMO的能带结构参数,使用SCAPS软件对ZMO作窗口层的CdTe薄膜太阳电池的性能进行了仿真模拟,并将研究结果与CdS作窗口层的CdTe太阳电池的性能进行了比较。结果表明:Mg在ZMO中的含量0≤x≤0.125时,ZMO/CdTe太阳电池具有比CdS/CdTe太阳电池更高的开路电压和短路电流密度;ZMO的导带底高出CdTe导带底约0.13 e V时,CdTe薄膜太阳电池的转换效率最高,达到18.29%。这些结果为高效率碲化镉薄膜太阳电池的结构设计和器件制备提供了理论指导。

不同衬底温度下生长的Bi_(1.5)Zn_(1.0)Nb_(1.5)O_(7.0)薄膜的XPS研究

采用固相反应法合成具有焦绿石立方结构的Bi1.5Zn1.0Nb1.5O7（BZN）陶瓷靶材,采用脉冲激光沉积法在Pt/TiO2/SiO2/Si（100）基片制备立方BZN薄膜,衬底温度在500~700℃范围内变化。X射线衍射测量结果表明：当在500℃沉积BZN薄膜时,薄膜呈现出无定形态结构。随着衬底温度增加到550℃,薄膜开始晶化,并且显示出立方焦绿石结构。X射线光电子能谱也被用来研究BZN薄膜的结构状态和元素价态。测试得到的全谱表明：在BZN薄膜中,除了用于定标的C元素之外,只有Bi、Zn、Nb、O元素的特征峰,此外有Ti2p特征峰出现,可能来自底电极的TiO2缓冲层。各元素的窄谱扫描表明：Bi,Zn,Nb,O四种元素的化学价态分别是＋3,＋2,＋5,-2。BZN薄膜在550℃结晶,随着衬底温度升高到600℃,金属阳离子的结合能的峰位向高能方向移动,然而O1s的特征峰位也向高能方向移动,这归因于薄膜中存在的氧空位。

利用Mg含量控制Zn_(1-x)Mg_xO薄膜压敏电阻器的阈值电压

利用溶胶-凝胶法制备了Zn1-xMgxO压敏薄膜,并通过X射线衍射、X射线能谱、紫外-可见光谱仪、I-V特性测试仪等对薄膜及其压敏特性进行了表征。XRD结果表明,掺Mg后Zn1-xMgxO薄膜仍然为六方纤锌矿ZnO晶体结构;紫外-可见吸收谱表明,随着薄膜中Mg含量的增加,薄膜的吸收边蓝移,禁带宽度增加。I-V特性曲线表明,基于Al/Zn1-xMgxO/Si结构的薄膜压敏电阻器的阈值电压随着Mg含量的增加而增加,因此可以通过调节Mg含量实现对Zn1-xMgxO薄膜压敏电阻器阈值电压的调节。上述现象表明,Zn1-xMgxO薄膜压敏电阻器的压敏阈值电压与禁带宽度有关,即与Zn1-xMgxO薄膜中电子的本征跃迁有关。

Zn_(1-x)Mg_xS薄膜的磁控溅射制备及其性能研究

利用双靶磁控溅射法,在普通石英玻璃基底上成功制备出II-VI族化合物固溶体半导体Zn1-xMgxS多晶薄膜,并用X射线能量色散谱仪(EDS)、原子力显微镜(AFM)、X射线衍射仪(XRD)、紫外-可见(UV-V is)分光光度计、荧光分光光度计(PL)等测试手段表征了多晶薄膜的成份、表面形貌、晶体结构和光学性质。结果表明:磁控溅射法制备的Zn1-xMgxS多晶薄膜具有立方和六方相混晶相结构,晶粒生长均匀,薄膜在波长小于280nm的紫外区有强烈的吸收,在可见光区紫光范围有一个强的发光峰,而且随着Mg含量的增加,强度增加,吸收边和发光峰的蓝移也增加。蓝移说明了带隙的展宽,其禁带宽度大约从3.6 eV增至4.4 eV。较高的结晶质量和发光特性显示了它是一种制作短波光电器件和紫外探测器的理想材料。

Cu含量对Zn_(1-x)Cu_xO薄膜光学性能的影响

采用溶胶-凝胶法制备Cu x Zn1-x O薄膜,用X射线衍射仪、原子力显微镜、紫外-可见分光光度计和荧光光谱仪研究薄膜的微结构、表面形貌、透射谱和光致发光谱,结果表明:薄膜均呈六角纤锌矿结构,随着Cu含量增加,薄膜平均晶粒尺寸先增大后减小,表面RMS粗糙度先减小后增大,紫外吸收边发生蓝移,薄膜在可见光波段范围内的平均透过率在80%左右。未掺杂ZnO薄膜中出现一个相对较弱紫光发射带和一个很强的绿光发射带,其它薄膜中出现一个紫光发射和一个蓝光发射带;紫光发射归因于导带以下的局域能级与价带之间的电子跃迁,绿光发射来自于氧空位缺陷能级与价带之间的电子跃迁。

低温生长Zn_(1-x)Co_xO(x=0．33)薄膜的微结构和磁性

用电子束反应蒸镀法在低温生长了Zn1-xCoxO薄膜．Co含量x高达0．33的Zn1-xCoxO薄膜仍具有类ZnO的纤锌矿结构,没有杂质相,Co的化合价为+2．场冷和零场冷M-T及M-H曲线表明,Zn1-xCoxO(x=0．33)薄膜在低温下具有铁磁性;随着温度的升高,其剩磁和矫顽力均逐渐下降,在65 K以上趋于零,显示出超顺磁性．Zn1-xCoxO薄膜的低温铁磁性起源于Co2+离子之间的双交换相互作用及载流子诱导的sp-d交换耦合作用,而从低温(<65 K)铁磁态到高温(>65 K)超顺磁态的转变可归因于薄膜的纳米晶小尺寸效应．

固溶体半导体ZnS_(1-x)Te_x(0≤x≤1)多晶薄膜的制备及特性研究

ZnS1-xTex是制作短波长光波段光电子器件和紫外探测器的理想材料。本文介绍了ZnS1-xTex多晶薄膜的真空蒸镀制备情况,并用原子力显微镜、X射线衍射仪、能量色散谱仪、紫外 可见分光光度计、荧光光谱分析仪等对制备的多晶薄膜的性质进行了测试和分析,发现该多晶薄膜保持了单晶薄膜的紫外吸收、光致发光等良好特性。

石英衬底上生长的立方相Zn1-xMnxO薄膜及其光学、磁学特性

采用电子束反应蒸发法，（MnO）y（ZnO）1-y（y≥0．3）陶瓷靶作为蒸发源，高心含量的Ar/O2混合气为反应气体，在石英玻璃衬底上生长得到Mn含量超过50％（原子分数）的Zn1-xMnxO薄膜。场发射扫描电子显微镜和X射线衍射测量显示x〉O．5的Zn1-xMnxO薄膜呈单一晶相的立方相、岩盐矿结构。这与采用abinifio方法计算得到的结果一致（作为简化，计算时未考虑Mn的自旋的影响），即对于x≥0．5的Zn1-xMnxO材料体系，其取类MnO的立方岩盐矿结构比取类ZnO的六方相纤锌矿结构更稳定。对石英玻璃基Zn1-xMnxO薄膜的紫外．可见透射光谱测量表明，随着Mn含量从0增大到0．68，Zn1-xMnxO薄膜的光学带隙从3．35eV增大到5．02eV．磁性测量结果表明，所制备立方Zn0.32Mn0.68O薄膜在室温下没有表现出宏观磁性．

Zn1-xCoxO晶体薄膜结构和铁磁特性

利用电子束反应蒸发法(REBE)在Si和石英玻璃衬底上生长Zn1-xCoxO晶体薄膜,衬底温度分别为250、350和500℃。对晶体的微结构特性进行研究,X-射线衍射(XRD)结果表明Zn1-xCoxO晶体薄膜在250℃有高度的c-轴取向;而且随着温度升高,出现更明显的多晶峰且峰值强度越来越强。紫外-可见光(UV-VIS)测量结果说明Co离子虽然部分替代Zn离子进入ZnO晶格里面,但并没有改变ZnO的纤锌矿结构。利用物理特性测量系统(PPMS)测得Zn1-xCoxO晶体薄膜M-H和M-T特性曲线来研究Zn1-xCoxO晶体薄膜的铁磁特性,结果显示Zn1-xCoxO薄膜是铁磁性的,而且居里温度在室温以上,这种特性使得Zn1-xCoxO有可能在自旋器件中得到广泛应用。

溅射功率对Zn_(1-x)Mg_xO薄膜性能的影响

用射频磁控溅射制备Zn_(1-x)Mg_xO薄膜,通过对不同溅射功率制备的薄膜结构和薄膜的室温透射谱和光致发光光谱的分析,得到溅射功率对薄膜结构和形貌的和光学性能的影响。

分子束外延ZnS_(1-x)Te_x单晶薄膜特性分析

通过精确的测量发现，分子束外延（ Ｍ Ｂ Ｅ） 生长的Ⅱ－ Ⅵ族三元合金碲硫锌（ Ｚｎ Ｓ１ － ｘ Ｔｅ ｘ）（０ ≤ｘ ≤１） 半导体单晶薄膜中 Ｚｎ 和 Ｔｅ 修正的俄歇参数α′随 ｘ 增大近似线性增加，且前者大于后者；同时还发现 Ｔｅ ４ｄ３／２ 和 Ｔｅ ４ｄ５／２ 光电子谱峰间距随 ｘ

Zn_(1-x)Mg_xO和Zn_(1-x)Mn_xO薄膜的制备及其发光性能

采用溶胶-凝胶技术,在Si(110)衬底上制备了Mg、Mn掺杂外延生长的Zn1-xMgxO和Zn1-xMnxO薄膜,通过XRD、AFM、PL等考察不同杂质浓度对薄膜结晶质量和发光性能的影响。结果表明:Zn1-xMgxO和Zn1-xMnxO薄膜均具有较高的Tc(002)结构系数和较为光滑、平整的表面形貌。掺杂使得薄膜的紫外发光峰向短波方向移动至365nm左右,同时Zn1-xMnxO薄膜的室温可见光发射得以有效地钝化,使其近带边紫外光发射与深能级可见光发射比例高达56,极大地提高了薄膜紫外发光性能。并对掺杂薄膜紫外发光蓝移和Zn1-xMnxO薄膜室温可见光发射的猝灭机理进行了深入探讨,得出掺杂组分为Zn0.85Mg0.15O、Zn0.97Mn0.03O时,薄膜具有最强的紫外光发射性能。

热处理温度对Ca(Zn_(1/3)Nb_(2/3))O_3/CaTiO_3介电薄膜的影响

采用溶胶一凝胶法在Pt（111）／Ti／SiO2／Si（100）基底上制备了多晶Ca（Zn1/3Nb2，3）O3／CaTiO3（CZN／CT）异质叠层薄膜。XRD分析表明，CZN／CT薄膜的结晶度随退火温度的升高而增大，CZN和CT相均在700℃时出现钙钛矿晶型，且CZN相的特征峰相对于CT相偏左微移。微观结构分析显示，薄膜于700℃快速退火2min并保温30min后晶粒尺寸为30-50nm，表面相当光滑，原子力显微镜分析显示其粗糙度（RMS）值仅为4．9nm，此时，薄膜的介电常数和介电损耗分别为30和0．006。CZN／CT薄膜的介电常数和损耗与退火温度密切相关。

Zn_(1–x)Ca_xO薄膜的结构和光学性质研究

采用磁控溅射法在玻璃基片上制备了Zn1-xCaxO薄膜.利用X射线衍射仪(XRD)和荧光光谱仪研究了Ca掺杂量对Zn1-xCaxO薄膜结构和光致发光特性的影响.结果显示:Zn1-xCaxO薄膜属于纤锌矿多晶结构;随着Ca含掺杂量的增加,薄膜衍射峰半高宽变大,薄膜质量变差;光致发光谱显示,随着Ca掺杂量的增加,紫外发光谱峰发生了蓝移.

宽带隙化合物半导体Zn_(1-x)Mg_xO薄膜的制备

利用超声雾化热分解技术,在玻璃衬底上生长出宽带隙的Zn1-xMgxO薄膜。所有样品在可见光范围内的透过率可达到85%以上。X射线衍射的测试结果表明所有样品都具有c轴择优生长特性,并且随薄膜中Mg含量的不同出现规律性变化。光致发光谱表明Mg掺入后ZnO薄膜的紫外发射峰出现了蓝移,实现了对禁带宽度的调节。

磁控溅射法制备Zn1-xFexO薄膜的微结构及铁磁性研究

采用射频磁控溅射法在Si衬底上制备了Zn1-xFexO(x=1.0%,3.0%,5.0%)薄膜样品,并利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)对其微结构、表面形貌和化学成分及价态进行分析,结果表明,Zn1-xFexO(x=1.0%,3.0%,5.0%)薄膜晶体结构为c轴择优生长的六角纤锌矿结构,Fe在晶体中以二价和三价两种价态存在。利用振动样品强磁计(VSM)对样品的铁磁性进行测试,薄膜样品在室温下具有明显的铁磁性,并经分析认为铁磁性来源可能是磁性离子与空位缺陷形成束缚磁极子引起的结果。

射频磁控溅射法制备Zn_(1-x)Mg_xO薄膜及其性能的研究

本文通过在ZnO靶材上放置高纯Mg片,运用射频磁控溅射法在普通玻璃衬底上制备了Zn1-xMgxO(x=0.1,0.16,0.18,0.24)薄膜。用X射线衍射仪、扫描电镜、紫外-可见-分光光度计等研究了Zn1-x MgxO薄膜的组织结构和性能。结果表明:Zn1-xMgxO薄膜呈ZnO的纤锌矿结构,在ZnO晶格中Mg2+有效地替代了Zn2+。样品表面比较平整,颗粒均匀致密,薄膜质量较高,且在可见光范围内光透过率均为90%左右,具有极好的透光性;此外,随着Mg掺入量的增多,Zn1-xMgxO薄膜的吸收边出现蓝移现象,实现了对禁带宽度的调节。