原子层淀积Si掺杂ZnO薄膜的光电性能研究

文章对原子层淀积（ALD）Si掺杂ZnO(SZO)薄膜的结构、电学和光学性能进行研究.通过生长ZnO和SiO2叠层的方法得到不同硅（Si）掺杂浓度的SZO薄膜,XRD测量结果表明,SZO薄膜为多晶结构,AFM测量结果表明,掺杂后样品的表面粗糙度变小.随着Si掺杂浓度的提高,SZO薄膜的载流子浓度先增大后减小,电阻率不断增大. SZO薄膜的可见光透射率在85%之上,光致发光谱表面SZO薄膜的发光以紫外光为主. ALD生长的SZO薄膜可以通过调整Si浓度对其光电性能进行精确调控,在透明导电薄膜、薄膜晶体管、紫外发光和探测器件方面有巨大的应用潜力.     

不同退火条件下Sn掺杂浓度对ZnO薄膜性能影响

采用溶胶-凝胶法提拉镀膜制备Sn掺杂ZnO薄膜,研究了空气退火、高真空退火(10-2Pa)、低真空退火(1 Pa)和循环退火四种条件下Sn掺杂浓度对SZO薄膜光电性能的影响。结果表明:四种退火条件下不同Sn掺杂浓度时制备的SZO薄膜均为纤锌矿结构且具有C轴择优取向生长特性,当Sn掺杂浓度为5 at.%时SZO薄膜的结晶生长最好。高真空退火条件下Sn掺杂浓度为3 at.%时,电学性能最优,其电阻率可达到5.4×10^(-2)Ω·cm。当Sn掺杂浓度小于3 at.%时,薄膜的可见光区平均透过率均大于85%,当掺杂浓度高于3 at.%时,薄膜的透过率随着掺杂浓度的增大而降低。     

溅射气压对Ti/Al多层膜结构和热稳定性的影响

为研究Ti/Al多层膜的结构和热稳定性与溅射气压的关系,采用对向靶直流磁控溅射法在0.5、2.0 Pa的溅射气压下制备了Ti/Al软X射线光学多层膜(Λ=9.25 nm,Г=0.3,N=20),并采用低角度X射线衍射、高角度X射线衍射和原子力显微镜对其结构和热稳定性进行表征.发现:低溅射气压(0.5 Pa)下制备的多层膜具有相对高质量、有序的结晶层,导致了相对较小的表面粗糙度,热稳定性好;高溅射气压(2.0 Pa)下制备的多层膜周期性结构相对较差,晶向较为无序,表面粗糙度较大,结构热稳定性差.可见,Ti/Al多层膜的结构和热稳定性是溅射气压的函数,低溅射气压下制备的多层膜会获得更好的结构和热稳定性.     

溅射电流对钛薄膜光电性能的影响

为了研究溅射电流对磁控溅射沉积钛薄膜光、电学性能的影响,在其它工艺参数相同的情况下改变溅射电流(0.3 A～0.8 A)制备了6组薄膜样品,采用四探针电阻测试仪测量样品的电阻率,用紫外可见分光光度计测量样品的透射率.同时,利用磁控溅射技术成功制取钛薄膜光栅,采用读数显微镜测量光栅常量.研究表明:钛薄膜电阻率随溅射电流的增大而减小,最小电阻率为3.034 3Ω·cm;透射率随溅射电流的增大先减小后增大,最大透射率约为99%(对应溅射电流0.3 A),最小透射率约为0.03%(对应溅射电流0.7 A);测得钛薄膜光栅的光栅常量为(0.170 1±0.000 7)mm.     

溅射功率对掺镁氧化锌薄膜结构及厚度的影响

采用射频磁控溅射法在玻璃衬底上制备掺镁氧化锌薄膜,利用SEM(扫描电镜)、XRD(X射线衍射)和椭偏仪等设备研究薄膜的表面形貌、成分、结构和厚度.结果表明,溅射功率没有对薄膜的生长方向产生较大影响,当溅射功率在40 W到100 W之间变化时,随着溅射功率的增大薄膜的结晶状况变好,晶粒尺寸变大,薄膜的厚度增加.     

退火温度对Ce掺杂ZnO薄膜光学特性影响的研究

采用溶胶凝胶(sol-gel)法,在普通载玻片和Si-SiO2衬底上成功制备Ce掺杂ZnO薄膜.利用X射线衍射仪(XRD)、原子力显微镜(AFM)及光致荧光光谱(PL)对样品的结构、形貌和光学特性进行表征.XRD谱表明大部分样品都有较好的c轴择优取向,而且随着退火温度的升高择优取向明显改善.PL谱中在390nm附近可观察到明显发光峰,退火温度升高能够提高本征发光峰强度,抑制可见光区发光强度.用AFM观察到的样品表面形貌表明,退火温度提高使样品表面更加平整,同时粒径变大.     

退火真空度对Sn-Al共掺杂ZnO薄膜性能的影响

采用溶胶-凝胶工艺制备出高可见光透过率、低电阻率的Sn-Al共掺杂Zn O透明导电薄膜(ZASO薄膜),分析了退火真空度对薄膜的晶体结构、光电性能的影响。结果表明:真空退火不改变Zn O晶体的本质,但退火真空度对薄膜光电特性有显著影响。退火真空度越高方块电阻越小,在较高真空环境中退火得到的ZASO薄膜方块电阻可低至0.7 kΩ·□-1。高真空退火时,薄膜的透光率较高,可见光平均透过率可达93%左右。     

金属Pd掺杂对MoS_2/Si异质薄膜微结构和光伏性能的影响

采用直流磁控溅射技术,在Si表面沉积了Pd掺杂MoS_2(Pd:MoS_2)薄膜,形成了Pd:MoS_2/Si异质薄膜太阳能电池器件,并综合利用拉曼光谱、紫外-可见光谱、紫外光电子能谱和伏安曲线测量等技术分析了Pd掺杂浓度(x%)对MoS_2薄膜微结构及Pd:MoS_2/Si异质薄膜器件光伏性能的影响。拉曼光谱结果表明,Pd掺杂明显改变了MoS_2薄膜中A_(1g) 晶格振动,而几乎不影响E_(2g)~1晶格振动。在模拟太阳光照射条件下,伏安性能测试结果显示:随着Pd掺杂浓度的增加,Pd:MoS_2/Si异质薄膜器件的光伏性能显著增强;当x=1时,器件表现出最佳的光伏效果,转化效率达到4.6%;继续增加Pd掺杂浓度,器件的光伏性能则逐渐减弱。进一步通过紫外-可见光光谱和紫外光电子能谱分析,构建了Pd:MoS_2/Si界面能带结构,阐释了Pd掺杂对器件光伏性能的影响机制。     

ZnO薄膜的反应蒸发法制备及其光电特性

分析热蒸发时锌液滴在舟内跳动的原因,给出解决问题的方法．用反应蒸发法制备成功ZnO导电薄膜,并给出薄膜的形貌显微照片、XRD图谱、光电效应的测量结果以及其结果与电阻率、薄膜光电子迁移率的关系．     

磁控溅射法制备ZnO薄膜的光学特性分析

该文用磁控溅射法在蓝宝石衬底上生长了ZnO薄膜,所得薄膜采用X射线衍射仪（XRD）、原子力显微镜（AFM）、紫外可见分光光度计（UVS）、光致荧光光谱（PL）对样品的结构、形貌和发光特性进行表征.结果表明掺杂后的ZnO薄膜仍为六角纤锌矿结构,磁控溅射镀膜样品的透射边随着退火温度的提高发生蓝移又红移现象,所有样品都有比较好的发光性能;900℃溅射镀膜样品的表面形貌平整度较好,粒子分布均匀.     

ZnO基过渡金属掺杂的磁性来源

由于稀磁半导体(DMS)潜在的应用前景,近年来许多研究小组开始了对过渡金属(TM)掺杂ZnO形成稀磁半导体的研究。综述了TM掺杂ZnO的磁性起源的三种理论解释,并且调研了几种不同的TM掺杂对ZnO薄膜结构和性能的影响,特别是对磁学性质的影响。     

Er掺杂ZnO薄膜光学特性的研究

采用溶胶凝胶工艺,分别在普通载玻片和Si片上生长了不同浓度的Er掺杂ZnO薄膜,稀土Er3＋与Zn2＋的摩尔比分别为1%、2%、3%,所得薄膜采用X射线衍射仪（XRD）、原子力显微镜（AFM）、紫外可见分光光度计（UVS）、光致荧光光谱（PL）对样品的结构、形貌和发光进行表征.结果表明掺杂后的样品仍为六角纤锌矿结构,随着掺杂浓度提高,掺杂样品的XRD衍射峰向大角方向微移,透射边向短波方向微移,紫外发光峰的强度逐渐增强,表面均呈颗粒状且尺寸逐渐减小.     

不同浓度La掺杂ZnO薄膜光学特性的研究

用凝胶溶胶（sol—gel）法在普通截玻片和si上生长了稀土La掺杂ZnO薄膜,稀土La^3＋离子和Zn^2＋浓度摩尔比分别为1％,2％,3％．通过X射线衍射仪（XRD）、紫外可见分光光度计（UVS）、原子力显微镜（AFM）、光致发光（PL）等对薄膜的结构、光学特性、形貌进行表征,结果显示不同浓度La掺杂的ZnO薄膜均为六角纤锌矿结构,薄膜表面颗粒均匀平整,随着掺杂浓度的提高,La掺杂ZnO薄膜的紫外发光峰出现蓝移现象．     

载玻片为基底制备钛薄膜的研究

采用磁控溅射法,以普通载玻片为基底,制备了不同厚度的金属钛薄膜,在添加光栅掩模版后,制备了钛薄膜光栅。采用控制变量法,重点研究了不同溅射时间(10 min、15 min、20 min、30 min、40 min、50 min)对金属钛薄膜厚度、透过率、电阻率的影响,并测量了所制备的钛薄膜光栅的光栅常数。结果表明,增加溅射时间,在载玻片表面制备的金属钛薄膜的厚度也呈现出增加的趋势。但金属钛薄膜的透过率和电阻率却呈现现相反的趋势,即随着溅射时间的增加而减小;采用分光光度计测量薄膜光栅的光栅常数为0.168 mm.     

Sn掺杂ZnO的制备及其光催化性能

以四氯化锡和氯化锌为前驱体,通过一步沉淀法制备Sn掺杂ZnO纳米复合光催化剂。利用扫描电子显微镜、傅里叶红外光谱、X射线粉末衍射、紫外可见漫反射等测试方法对样品的形貌、组成和光吸收性能进行表征。以亚甲基蓝为目标降解物,150 W高压汞灯为光源,研究所制备样品的光催化活性。结果表明,随着Sn掺杂量的增加,Sn掺杂ZnO光催化剂分别呈现不同的形貌(颗粒状,球状及尖晶石状),Sn的加入可有效提高ZnO光催化活性。当Zn:Sn摩尔比为1:0.15时,Sn掺杂ZnO光催化剂的催化效果最好,光照70 min亚甲基蓝的降解率达95.5%。     

强紫外发射ZnO薄膜的溅射方法制备及表征

采用直流反应溅射方法在N型Si(100)衬底上制备了ZnO薄膜.薄膜的晶体结构采用X射线衍射技术来表征,测量结果表明制备的样品是沿c轴高度取向的六方纤锌矿结构的多晶薄膜.扫描电子显微镜测量显示薄膜的表面粗糙度较低,且ZnO与Si衬底的边界线清晰,结构致密.此外,利用室温光致发光谱研究了薄膜的光学性能,ZnO薄膜的室温光致发光谱(PL)只有位于377nm处的一个很强的紫外峰,这与材料内的激子复合有关.此外对薄膜进行了拉曼散射的研究,拉曼频移的计算结果表明溅射生长的薄膜中存在张应力(0.25Gpa).     

Al掺杂ZnO晶格常数及弹性性质计算

为了获得ZnO和不同Al掺杂摩尔分数下ZnO的几何结构、弹性常数及弹性性质,本文在第一性原理的基础上,采用虚晶近似的方法进行了掺杂计算,计算结果表明虚晶近似方法优化的晶格常数与使用超胞方法有较好的一致性。弹性常数及弹性性质计算结果表明:ZnO中Al掺杂摩尔分数在0~0.05内,随Al浓度增大,在a、b轴方向的抗压缩能力减小,在c轴方向的抗压缩能力增强,抗剪切应变能力减小;Al掺杂ZnO材料呈韧性,随Al掺杂浓度增大,材料的抗体积压缩能力增强、硬度减小、韧性增大。     

温度对Mn掺杂ZnO薄膜结构的影响

采用射频磁控溅射法在不同衬底温度下沉积了一系列ZnO和ZnO∶ Mn薄膜.结合X射线衍射谱和扫描电子显微镜,分析了不同温度条件下的ZnO和ZnO∶ Mn薄膜的结构特性.结果显示:ZnO和ZnO∶Mn薄膜均呈现出显著的(002)定向生长特征,与ZnO的(002)衍射峰相比,相应条件下生长的ZnO∶ Mn(002)衍射峰均向小角度偏移,这主要是由于大离子半径的Mn2+替代了Zn2+的结果.同时随着衬底温度的升高,薄膜形貌得到明显改善,晶粒尺寸呈现减小趋势.     

生长温度对Si衬底ZnO薄膜结构的影响

通过脉冲激光沉积方法在1.3Pa氧氛围,100-500℃衬底温度,Si(111)衬底上成功地制备了ZnO薄膜,我们用X射线衍射(XRD)谱,原子力显微镜(AFM),透射电镜(TEM)对其表面形貌和结构进行了测试和分析。通过测试分析得知,这些ZnO薄膜在生长温度400℃时能够获得较好的晶体结构,薄膜表面平整,晶粒均匀。