基于共溅射ZnO/SnO_(2)异质结薄膜的气体传感器研究

采用射频磁控共溅射法在叉指电极上制备了ZnO/SnO_(2)n-n异质结复合薄膜,系统测试了其气敏特性,并分析了其气敏机理。结果表明,与ZnO薄膜和SnO_(2)薄膜气体传感器相比,ZnO/SnO_(2)异质结薄膜气体传感器具有更低的工作温度、更高的灵敏度以及更快的响应和恢复速度。ZnO/SnO_(2)异质结薄膜气体传感器对乙醇具有较好的选择性,最低检测体积分数为1×10^(-6),最佳工作温度为250℃;对1×10^(-4)乙醇气体的灵敏度可达18.4,响应时间和恢复时间分别为10 s和19 s。

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。

退火处理对ZnO薄膜结晶性能的影响

研究了退火处理对 Zn O薄膜结晶性能的影响 .Zn O薄膜由直流反应磁控溅射技术制得 ,并在 O2 气氛中不同温度 (2 0 0～ 10 0 0℃ )下退火 ,利用 X射线衍射 (XRD)、原子力显微镜 (AFM)和 X射线光电子能谱 (XPS)对其结晶性能进行了研究 ,提出了一个较为完善的 Zn O薄膜退火模型 .研究表明 :热处理可使 c轴生长的薄膜取向性增强 ;随退火温度的升高 ,薄膜沿 c轴的张应力减小 ,压应力增加 ;同时晶粒度增大 ,表面粗糙度也随之增加 .在 6 4 0℃的应力松弛温度 (SRT)下 ,Zn O薄膜具有很好的 c轴取向 ,沿 c轴的应力处于松弛状态 ,晶粒度不大 ,表面粗糙度较小 ,此时 Zn O薄膜的结晶性能最优 .

ZnO薄膜的制备和发光特性的研究

用射频磁控溅射的方法在石英衬底上沉积了氧化锌薄膜。在室温下测量了样品的XRD曲线、吸收光谱以及光致发光光谱,探讨了气氛中氧气与氩气比对制备薄膜的影响。从XRD谱中可以看出,样品具有较好的结晶状态。另外,样品在紫外有较强的吸收,而其光致发光也是较强的紫外发射,这表明带间跃迁占了主导地位。以上结果说明:用溅射方法制备的ZnO薄膜结晶质量较好,富锌状态有所改善。

透明导电氧化物ZnO:Al(ZAO)薄膜的研究

用磁控反应溅射法制备了ＺｎＯ：Ａｌ（简称ＺＡＯ）薄膜，研究了薄膜方块电阻空间分布的均匀性及微观形貌、并对ＺｎＯ：Ａｌ薄膜表面各元素的化学状态和深度分布进行了 ＸＰＳ和 ＡＥＳ分析。

ZnO薄膜的特殊光谱性质及其机理

以同步辐射真空紫外光 (1 95nm)为激发源 ,在低温下观察到Si基衬底上ZnO薄膜的发光有三种紫外发射 ,其峰值波长分别为 380 ,36 9.5 ,2 90nm。它们各自具有不同的衰减时间和不同的温度依赖关系 ,但其激发谱相同。强激发带不在近紫外区 ,而在真空紫外区 (1 0 0～ 2 0 0nm) ,可能源于ZnO的下价带 (Zn3d组态 )电子的激发。

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。

薄膜厚度对ZnO∶Ga透明导电膜性能的影响

采用射频磁控溅射法在玻璃衬底上低温制备出镓掺杂氧化锌(ZnO∶Ga)透明导电膜,研究了薄膜的结构、电学和光学性质随薄膜厚度的变化关系。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(002)方向。随着薄膜厚度的增加,衍射峰明显增强,晶粒增大。薄膜的最低电阻率为 3.9×10-4Ω·cm,在可见光范围内平均透过率达到了85%以上。

基于ZnO压电薄膜的柔性声表面波器件

提出并制备了基于聚酰亚胺柔性衬底的声表面波(SAW)器件。在柔性聚酰亚胺衬底上低温反应磁控溅射沉积了ZnO压电薄膜;采用X射线衍射仪,扫描电子显微镜,原子力显微镜等设备对ZnO薄膜进行了检测,结果表明:ZnO薄膜晶粒呈柱状生长并且(002)择优取向,膜粗糙度小于9nm,适合制作压电器件。在柔性衬底上制备了基于ZnO压电薄膜的SAW器件,该器件表现出良好的谐振性能。采用矢量网络分析仪检测器件的传输曲线,实验结果与仿真结果具有很好的一致性。随着波长减小,谐振频率和相速度增加,当ZnO厚度为4μm,波长为8μm时,器件的谐振频率为268MHz,相速度为2 144m/s,机电耦合系数为1.1%;当ZnO厚度增加时,此叠层结构的声表面器件的叠层声速也增加。

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%。

脉冲激光沉积(PLD)法生长高质量ZnO薄膜及其发光性能

采用脉冲激光沉积(PLD)法在单晶Si(100)衬底上生长ZnO薄膜,以X射线衍射(XRD)、原子力显微镜(AFM)和透射电镜(TEM)等手段分析了所得ZnO薄膜的晶体结构和微观形貌。优化工艺(700℃,20Pa)下生长的ZnO薄膜呈c轴高度择优取向,柱状晶垂直衬底表面生长,结构致密均匀。室温光致发光(PL)谱分析结果表明,随着薄膜生长时O2分压的增大,近带边紫外发光峰与深能级发光峰之比显著增强,表明薄膜的结晶性能和化学计量比都有了很大的改善。O2分压为20Pa时所生长的ZnO薄膜具有较理想的化学计量比和较高的光学质量。

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%。

竹材表面ZnO纳米薄膜的自组装及其抗光变色性能

ZnO纳米棒对紫外线具有超强的吸收能力,有可能大幅度改善竹材抗光变色性能。在低温溶液体系下,通过ZnO晶种形成和晶体生长两道工序在竹材表面自组装形成ZnO纳米薄膜,探索大幅度改善竹材抗光变色性能的可行性,并重点研究了种子液浸渍时间对ZnO纳米薄膜形态的影响。结果表明:在晶体生长条件一致的前提下,竹材表面所形成的薄膜形态与在种子液中的浸渍时间密切相关;0.5和1h浸渍使竹材表面形成了由直径小于20nm的ZnO纳米颗粒组成的薄层;2h浸渍形成微纳米网状和哑铃棒状结构;当浸渍时间增加至4h,表面薄膜则主要为无序的纳米棒和少量微纳米六面体结构;经过120h加速老化试验,发现空白试样总色差是表面生长出ZnO纳米棒试样的3倍,改性试样表观颜色的光稳定性显著增强。

喷雾热解法生长N掺杂ZnO薄膜机理分析

通过超声喷雾热解工艺,以醋酸锌和醋酸铵的混合水溶液为前驱溶液,在单晶Si(100) 衬底上制备了N掺杂ZnO薄膜,采用热质联用分析(TG—DSC—MS)、X射线衍射(XRD)、场发射扫描电镜(FESEM)和霍耳效应(Hall-effect)测试等手段研究了喷雾热解工艺下N掺杂ZnO薄膜的生长机理、晶体结构和电学性能.结果表明,随衬底温度的不同,薄膜呈现出不同的生长机理,从而影响薄膜的晶体结构和电学性能.在优化的衬底温度下,实现了ZnO薄膜的p型掺杂,得到的p型ZnO薄膜具有优异的电学性能,载流子浓度为3.21×1018cm-3,霍耳迁移率为110cm2·V-1s-1,电阻率为1.76×10-2Ω·cm.

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 .

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。

薄膜厚度对ZnO∶Zr透明导电薄膜光电性能的影响

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ZnO∶Zr透明导电薄膜。讨论了厚度对ZnO∶Zr透明导电薄膜光学、电学性能的影响。当薄膜厚度为213nm时,薄膜电阻率达到最小值1.81×10-3Ω.cm。所制备的薄膜样品都具有高透光率,其可见光区平均透过率超过了93.0%。当薄膜厚度从125nm增加到350nm时,薄膜的光学带隙从3.58eV减小到3.50eV。

氧分压对磁控溅射制备ZnO薄膜的结构及光学特性的影响

采用射频反应磁控溅射法在玻璃衬底上成功制备出具有c轴高择优取向的ZnO薄膜,利用X射线衍射及紫外-可见吸收和透射光谱研究了氧分压变化对ZnO薄膜的微观结构及光吸收特性的影响。结果表明,当工作气压恒定时,用射频反应磁控溅射制备的ZnO薄膜的生长行为主要取决于成膜空间中氧的密度,合适的氧分压能够提高ZnO薄膜的结晶质量;薄膜在可见光区的平均透过率达到90%以上,且随着氧分压的增大,薄膜的光学带隙发生了一定程度的变化。采用量子限域模型对薄膜的光学带隙作了相应的理论计算,计算结果与对样品吸收谱所作的拟合结果符合较好,二者的变化趋势完全一致,表明ZnO纳米晶粒较小时,薄膜光学带隙的变化与量子限域效应有很大关系。

ZnO薄膜p型掺杂的研究进展

ZnO是一种新型的II-VI族半导体材料,具有许多优异的性能.但由于ZnO存在诸多的本征施主缺陷(如空位氧Vo和间隙锌Zni),对受主产生高度自补偿作用,天然为n型半导体,难以实现p型转变.ZnO薄膜p型掺杂的实现是ZnO基光电器件的关键技术,也一直是ZnO研究中的主要课题,目前已取得重大进展,文章对此进行了详细阐述.