Influence of Annealing on Microstructure and Photoluminescence Properties of Al-Doped ZnO Films

Effect of annealing temperature and time on the microstructure and photoluminescence(PL)properties of Al doped ZnO thin films deposited on Si(100)substrates by sol-gel method was investigated.An X-ray diffraction(XRD)was used to analyze the structural properties of the thin films.All the thin films have a preferential c-axis orientation,which are enhances in the annealing process.It is found from the PL measurement that near band edge(NBE)emission and deep-level(DL)emissions are observed in as-grown ZnO∶Al thin films.However,the intensity of DLE is much smaller than that of NBE.Enhancement of NBE is clearly observed after thermal annealing in air and the intensity of NBE increases with annealing temperature.Results also show that the PL spectrum is dependent not only on the processing temperature but also on the processing time.The DLE related defects can not be removed by annealing,and on the contrary,the annealing conditions actually favor their formation.

RF磁控溅射法制备ZnO薄膜的XRD分析

采用RF磁控溅射法，在玻璃村底上制备多晶ZnO薄膜，并对所制备的ZnO薄膜在空气气氛中进行了不同温度（350～600℃）的退火处理和600℃时N2气氛中的退火处理。利用X射线衍射分析了溅射参数如溅射功率、溅射氧分压、衬底温度以及退火处理对ZnO薄膜结晶性能的影响。结果表明，合适的衬底温度和退火处理能够提高ZnO薄膜的结晶质量。

退火对Al掺杂ZnO薄膜材料结构性能和表面形貌的影响研究

采用无机盐溶胶-凝胶方法在载玻片衬底上制备了ZnO:Al薄膜,利用X射线衍射(XRD)和原子力显微镜(AFM)研究了退火温度和退火时间对ZnO:Al薄膜结构和形貌的影响。结果显示,ZnO:Al薄膜为六角纤锌矿晶体结构,具有很高的沿C轴的(002)择优取向,随退火温度的升高或退火时间的适当延长,衍射峰的半高宽减小、强度增强,晶粒尺寸增大。结果表明,通过适当控制退火温度和退火时间可以得到高质量的ZnO:Al薄膜。

退火处理对N掺杂Al:ZnO薄膜结构及性能的影响

采用射频磁控溅射方法,常温条件下以N2作为N掺杂源,在玻璃基底制备了N掺杂Al:ZnO薄膜。在真空氛围下对样品进行了不同温度的退火处理15 min。通过X射线衍射、霍尔效应测试、紫外-可见光谱和X射线光电子能谱(XPS)仪分析了退火对样品结构和光电性能的影响。结果表明真空400℃退火15 min时成功制备出性能优异的p型ZnO薄膜,其空穴载流子浓度为3.738×1020cm^(-3),电阻率为1.299×10^(-2)Ω·cm,样品可见光透射率达到了85%以上。XPS分析说明No受主缺陷的含量大于(N2)o施主缺陷导致薄膜实现了p型转变。

ZnO缓冲层上低温生长Al掺杂的ZnO薄膜

采用射频磁控溅射法在ZnO缓冲层上制备了不同Al掺杂量的ZnO(AZO)薄膜。利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和光致发光(PL)等表征技术,研究了AZO薄膜的微观结构、表面形貌和发光特性。结果表明,随着Al掺杂量的增加,ZnO薄膜的择优取向性发生了改变,且当Al的掺杂量为0.81%(原子分数)时,(002)衍射峰与其它衍射峰强度的比值达到最大,表明适合的Al掺杂使ZnO薄膜的择优取向性得到了改善。在可见光范围内薄膜的平均透过率超过70%。通过对样品光致发光(PL)谱的研究,发现所有样品出现了3个发光峰,分别对应于以444nm(2.80eV)、483nm(2.57eV)为中心的蓝光发光峰和以521nm(2.38eV)为中心较弱的绿光峰。并对样品的发光机理进行了详细的探讨。

退火时间对ZnO:Al薄膜性能的影响

采用溶胶-凝胶法在石英玻璃衬底上制备了Al／Zn原子比为0．1％的ZnO：Al薄膜，在500℃的氩气中进行了1～5h不同时间退火处理，利用X射线衍射（XRD）、光致发光（PL）、透射光谱和四探针法研究了退火时间对薄膜性能的影响。结果显示，退火1h时，样品出现了C轴择优取向，深能级发射（DLE）提高，可见光区光学透过率约为80％，电阻率仅为4×10^-2Ω·cm。更长时间退火后，随着退火时间增加，薄膜结晶质量逐渐变差，电阻率逐渐增大。

RF反应磁控溅射纳米晶ZnO薄膜的XRD和XPS研究

采用RF反应磁控溅射沉积ZnO薄膜,沉积完成后对薄膜进行氧气氛下的原位退火处理。薄膜的结晶状况和化学成分分别采用XRD和XPS进行分析。结果表明,该薄膜为结晶性能良好的纳米晶薄膜,具有高度的C轴取向性。薄膜的主要成分为ZnO,不存在金属态Zn。采用文中的工艺方法可获得较高质量的纳米晶ZnO薄膜。

退火气氛对ZnO∶Al薄膜光学、电学和微结构的影响

研究退火气氛对ZnO∶Al(Al掺杂的ZnO,AZO)薄膜电学、光学、微结构和缺陷的影响。通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、霍尔效应测试仪、紫外可见分光光度计、拉曼振动以及光致发光谱表征不同状态ZnO∶Al薄膜的晶体结构、微观形貌、电阻率、透射率、拉曼振动和光致发光特性。结果表明:空气退火后,AZO薄膜的载流子浓度从1.63×10^(20)cm^(−3)降低至7.1×10^(18)cm^(−3),光学禁带宽度从3.51 eV降低为3.37 eV,近红外透射率增加以及光致发光谱的带边发光峰位从3.49 eV红移至3.34 eV。氢气退火后AZO薄膜的载流子浓度升高至5.3×10^(20)cm^(−3),光学禁带宽度增加为3.78 eV,近红外透射率下降以及光致发光谱的带边发光峰强度增加了10倍,且发光峰的峰位蓝移至3.57 eV。此外,空气退火的ZnO∶Al薄膜观察到4级的拉曼多声子振动。

原子力显微镜在PLD法制备ZnO薄膜表征中的应用

利用脉冲激光沉积(PLD)法在氧压为16Pa、衬底温度为400～700℃时,在单晶Si(100)衬底上制备ZnO薄膜,并通过原子力显微镜(AFM)、X射线衍射(XRD)谱和光致发光谱对制得的薄膜样品进行表面形貌、结构特性和发光性质研究。其中通过原子力显微镜对样品的二维、三维以及剖面线图进行了分析。结果表明衬底温度700℃时得到的薄膜样品表面较均匀致密,晶粒生长较充分,结晶质量较高,相对发光强度高。控制氧压为5.7Pa,在衬底温度为600℃,沉积时间分别为10,20,45min制备ZnO薄膜样品;利用原子力显微镜对样品进行表面形貌观察,得知只有沉积时间足够长才能使薄膜表面晶粒充分生长。

PLD方法制备的纳米Fe/Al薄膜的结构及应力分析

采用PLD方法制备了Fe/Al合金薄膜,研究了Fe/Al合金薄膜的物相、结构、应力等。研究表明薄膜的沉积速率随着衬底温度的升高而降低。原子力显微镜(AFM)图像显示,薄膜表面平整、致密且光滑,均方根粗糙度小于1 nm。等离子体发射谱(ICP)表明Fe/Al原子比为1∶1。X射线小角衍射(XRD)分析表明薄膜中的物相是Al0.5Fe0.5,Al0.5Fe0.5晶体具有简单立方结构(SC),晶格常数为0.297 nm,平均晶粒尺寸为81.74 nm,平均微畸变为0.007 6。

退火温度对ZnO薄膜性能的影响

采用射频磁控溅射法在硅衬底上制备出具有(002)择优取向ZnO薄膜.利用X射线衍射分析(XRD)、原子力显微镜(AFM)、双光束紫外可见分光光度计等仪器分析了退火温度对ZnO薄膜的结构、应力状态、表面形貌和光学性能的影响.结果表明,在射频功率为100W时所制备的ZnO薄膜,当退火温度为600℃时,能获得最佳c轴取向和最小半高宽,此时ZnO薄膜具有较低的表面粗糙度和较高的透射率.

退火对ZnO薄膜结构及缺陷的影响

采用射频反应磁控溅射法在Si(111)基片上制备了高度c轴择优取向的ZnO薄膜,采用X线衍射(XRD)、X线光电子能谱(XPS)分析方法研究了退火对ZnO薄膜结构及缺陷的影响。结果表明,随着退火温度的上升,薄膜的择优取向及取向一致性更好,晶化程度增高,晶粒尺寸变大。退火使更多的Zn间隙原子回到晶格位置,并弥补薄膜中氧的不足,且高温退火易引起氧的解析,三者相互作用使晶面间距随着退火温度的上升而逐渐变小,压应力变大,ZnO中的O含量逐渐减少,Zn/O的原子比逐渐接近于1。

改善玻璃衬底上ZnO薄膜特性的方法

利用磁控溅射法在玻璃衬底上淀积铝掺杂氧化锌(AZO)薄膜作为缓冲层,在其上制备了ZnO薄膜。重点研究了AZO薄膜作为缓冲层对玻璃衬底上ZnO薄膜特性的影响。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,玻璃衬底上加入厚度为1μm的AZO缓冲层后,提高了衬底材料和ZnO薄膜之间的晶格匹配程度,有助于增大ZnO薄膜晶粒尺寸,提高其(002)取向择优生长特性、薄膜结晶特性及晶格结构完整性。室温下的透射光谱结果表明玻璃/AZO和玻璃衬底上ZnO薄膜的透光特性没有显著不同。光致发光(PL)谱研究结果表明AZO缓冲层可以有效阻止衬底表面硅原子从ZnO薄膜中"俘获"氧原子,减少ZnO薄膜中的缺陷,改善ZnO薄膜的结晶质量。

RF溅射稀土(La,Nd)掺杂ZnO薄膜的结构

通过射频磁控溅射技术在Si(111)衬底上制备了未掺杂和镧、钕掺杂ZnO薄膜。XRD分析表明,ZnO薄膜具有c轴择优生长,镧、钕掺杂ZnO薄膜为自由生长的纳米多晶薄膜。用AFM观测薄膜的表面形貌,镧、钕掺杂ZnO薄膜表面形貌粗糙。

ZnO薄膜的制备及其特性研究

采用射频磁控溅射技术生长出高质量(002)晶面取向的ZnO薄膜.通过XRD和AFM研究了射频功率和氧气比例对ZnO薄膜的结构和表面形貌的影响.研究结果显示,射频功率在50W下氧气比例为45%时,所生长的ZnO薄膜可以用于制作高质量的表面声波仪(SAW).

退火对ZnO薄膜质量的影响

用金属有机化学气相沉积法(MOCVD)在蓝宝石(0001)衬底上制备了c轴取向的高质量的ZnO薄膜,通过在生长温度下氧气和氮气中退火处理的比较,研究了退火对ZnO薄膜结构和发光特性的影响。通过X射线衍射测量得知,经过氮气和氧气退火都可以使其002峰增强,且在氧退火中表现得尤为明显。光致发光测量发现氮气中退火的ZnO薄膜的紫外发光峰明显增强,而深能级发光峰明显减弱;而氧气中退火的ZnO薄膜的紫外发光峰略有减弱,而深能级峰显著增强。

退火温度对ZnO/PZT薄膜结构及电阻率的影响

采用射频反应磁控溅射法在Pb(Zr0.52Ti0.48)O3(PZT)/Pt/Ti/SiO2/Si基片上制备了ZnO薄膜,利用X线衍射仪(XRD)、原子力显微镜(AFM)、霍尔效应测试系统等对不同退火温度下制备薄膜的结构、形貌及电阻率等进行了分析表征。结果表明,退火温度600℃的ZnO薄膜(002)择优取向较好,晶粒大小均匀,表面平整致密。随着退火温度的增大,电阻率先下降后升高,600℃时ZnO薄膜电阻率达最小。

氧在溅射和退火过程中对ZnO薄膜的影响研究

利用射频磁控溅射技术在玻璃基片上制备了高度C轴择优取向的纳米ZnO薄膜,采用扫描电子显微镜、电子能谱仪和X射线衍射分析仪研究了溅射过程中和热处理过程中氧气对ZnO薄膜形貌、成分以及结构的影响规律。结果表明:在溅射过程中和退火过程中通入适量的氧气,ZnO薄膜(002)衍射面的晶面间距变小,薄膜中的氧含量提高,薄膜中的缺陷减少。在空气气氛中退火2h的薄膜,质量几乎接近了在溅射过程中通入氧气所制得的样品。因此在溅射制备ZnO薄膜时,可以减少氧气用量甚至无需通入氧气,而在热处理过程中实现增氧,从而降低了制备成本,简化了薄膜的制备工艺。

RF溅射钕掺杂ZnO薄膜工艺与结构研究

通过射频磁控溅射技术在Si(111)衬底上制备了未掺杂和Nd掺杂ZnO薄膜,研究了衬底温度、氧分压以及Nd不同掺杂浓度等工艺参数对薄膜的影响。薄膜的结构和表面形貌通过XRD分析和AFM观测,表明制备的薄膜为ZnO∶Nd纳米多晶薄膜,其表面形貌粗糙,不同沉积条件对薄膜生长有很大的影响。在纯氩气氛中、衬底温度为300℃的条件下,ZnO∶Nd薄膜具有c轴择优取向。

退火温度对纳米ZnO薄膜结构与发光特性的影响

利用溶胶鄄凝胶法在硅衬底上制备了纳米ZnO薄膜。研究了热处理对ZnO薄膜的质量与发光性能的影响。结果表明,纳米ZnO薄膜具有六方纤锌矿结构,并且,随着退火温度的升高,ZnO的晶粒变大,c轴取向性变好,紫外发光强度增强。