N-In共掺p型ZnO薄膜的结构和电学特性研究

采用射频磁控溅射技术在石英衬底上制备ZnO∶In薄膜,以N离子注入的方式进行N掺杂,通过优化退火条件成功实现了ZnO∶In-N薄膜的p型转变.研究发现:在590 C退火20 min获得性能良好的p-ZnO∶In-N薄膜,其空穴浓度、迁移率和电阻率分别为(1.01×1018) cm-3、3.40 cm2·V-1·s-1、1.81Ω· cm.结合XPS分析认为ZnO∶In-N实现p型导电正是由于In的掺入与受主N形成了有利于p型导电的受主Inzn-2No复合体.Hall跟踪测试发现p型导电会随时间变化而最终转变为n型导电,结合XPS和第一性原理计算认为薄膜中存在残余应力和(N2)o施主缺陷是p型不稳定的原因.     

N-In共掺p型ZnO薄膜的结构和电学特性研究

采用射频磁控溅射技术在石英衬底上制备ZnO∶In薄膜,以N离子注入的方式进行N掺杂,通过优化退火条件成功实现了ZnO∶In-N薄膜的p型转变。研究发现:在590℃退火20min获得性能良好的p-ZnO∶In-N薄膜,其空穴浓度、迁移率和电阻率分别为(1.01×1018)cm-3、3.40cm2.V-1.s-1、1.81Ω.cm。结合XPS分析认为ZnO∶In-N实现p型导电正是由于In的掺入与受主N形成了有利于p型导电的受主InZn-2NO复合体。Hall跟踪测试发现p型导电会随时间变化而最终转变为n型导电,结合XPS和第一性原理计算认为薄膜中存在残余应力和(N2)O施主缺陷是p型不稳定的原因。     

p型ZnO:Mn-N薄膜的制备及特性研究

用射频磁控溅射法在石英玻璃衬底上制备了较高结晶质量的ZnO: Mn薄膜,继而进行N离子注入和退火处理,成功实现了ZnO薄膜的Mn-N两步法共掺杂和p型转变.利用X射线衍射(XRD)、Hall测试、分光光度计、X射线光电子能谱(XPS)等测试手段对其性能进行了分析.结果表明:所测样品均具有单一的c轴择优取向,薄膜在退火后没有检测到其它杂质相的生成;薄膜在650 ℃经10～30 min退火时均可实现p型转变,空穴浓度可达1016～1017cm-3,表明650℃可能为ZnO: Mn-N体系中N离子达到电激活成为有效受主的温度;XPS能谱证明了Mn2+、N3-离子的掺入;在热退火作用下,部分间隙位N离子达到电激活通过扩散进入O空位,形成N-Zn或N-Mn键,是样品转变为p型的依据; p型ZnO: Mn-N薄膜室温下的禁带宽度为3.16 eV,相对未掺杂ZnO的禁带宽度3.29 eV明显减小.     

粉末溅射制备N-In共掺p型ZnO薄膜

在石英玻璃衬底上以ZnO∶ In2O3粉末为靶材,采用射频磁控溅射法制备出具有良好c轴择优取向的ZnO∶ In薄膜,继而对样品进行二次N离子注入掺杂,成功实现N-In共掺p型ZnO薄膜.借助XRD、Hall测试、XPS和透射谱测试手段研究分析了共掺ZnO薄膜的晶体结构、电学和光学性质.结果表明制备的薄膜具有较高的结晶质量和较好的电学性能,其空穴浓度、迁移率和电阻率分别达到4.04×1018 cm-3、1.35 cm2V-1s-1和1.15 Ωcm.X光电子能谱(XPS)分析显示在p型ZnO薄膜里存在N-In键和N-Zn键,表明In掺杂可以促进N在ZnO薄膜的固溶,有利于N元素在ZnO薄膜内形成受主能级.另外,制备的ZnO薄膜在可见光范围内有很高的透射率,最高可达90%.其常温下的禁带宽度为3.2 eV,相对本征ZnO的禁带宽度略有减小.     

退火温度对用PⅢ方法制备共掺杂p型ZnO薄膜结构和性能的影响

采用射频磁控共溅射的方法制备出ZnO:Al薄膜,以NO和O2为源气体(V(O2)/V(O2+NO)=75%),采用等离子体浸没离子注入(PⅢ)方法对薄膜进行注入得到ZnO:Al:N薄膜,注入剂量为2.23×1015 cm-2,并在N2氛围下对样品进行了不同温度的退火处理.通过XRD图谱、霍尔效应(Hall)测试结果、紫外-可见光透射光谱等对样品的结构和性能进行了分析,着重研究了退火温度对ZnO:Al:N薄膜性质的影响.结果表明,退火可以使注人产生的ZnO(N2)3团簇分解,并且使N以替位O的方式存在.当退火温度达到850℃时,ZnO薄膜实现了p型反转,实现p型反转的ZnO:AliN薄膜载流子浓度可达3.68×1012cm-3,电阻率为11.2 Ω·cm,霍耳迁移率为31.4 cm2·V-1·s-1.     

本征缺陷对ZnO:(In,N)薄膜p型导电的影响

采用射频磁控溅射和离子注入技术,在石英玻璃衬底上制备了In-N共掺ZnO薄膜[ZnO:(In,N)].通过优化退火工艺,成功实现了可重复的p型ZnO:(In,N)薄膜,其空穴浓度约为10~(16)cm~(-3),并观察到薄膜随退火产生n→p→n电学转变现象.利用X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、拉曼光谱(Raman)和光致发光谱(PL)等测试手段,研究了掺杂杂质和本征缺陷对薄膜结构和p型导电的影响.发现相较于n型样品,p型ZnO中N相关受主缺陷浓度并不占优,但其本征施主缺陷锌间隙(Zn_i)含量较少,本征受主缺陷氧间隙(O_i)和锌空位(V_(Zn))相对较多.表明薄膜中除N相关受主缺陷(N_O,In_(Zn)-nN_O)对p型导电有贡献之外,本征缺陷(V_(Zn),O_i,Zn_i)对实现薄膜p型导电也有重要作用.因此,如何调控ZnO中本征缺陷是实现其p型转变以及获得稳定p-ZnO薄膜的重要手段.     

氢气气氛中后续退火处理对ZnO:Al薄膜光电性能的影响

利用自由基辅助磁控溅射法在载玻片衬底上制备了透明导电ZnO:Al薄膜(简称AZO薄膜).研究了氢气气氛中后续退火处理对Al掺杂效率以及AZO薄膜性能的影响.研究结果表明,退火处理提高Al的掺杂效率、降低中性杂质浓度,从而提高了AZO薄膜的导电性能.AZO薄膜550℃下在H2气氛中退火处理后,其电阻率为6.5×10-4Ω·cm,550nm波长的透射率为85.7%,载流子浓度为3.3×1020cm-3,迁移率为29.7cm2·V-1·s-1.     

退火温度对Li掺杂ZnO薄膜光电特性的影响

采用溶胶凝胶法旋涂制备了摩尔分数为3%的Li掺杂ZnO薄膜,在450~650℃下退火后测试其微结构、表面形貌和光电特性.结果表明薄膜为六方纤锌矿多晶结构且n型导电,退火温度的升高改善了结晶度、表面形貌、透过率和导电性.退火温度超过550℃后电阻率增大,样品由肖特基导电转变为欧姆导电;伏安特性模拟结果表明,替位Li逐渐增多、薄膜功函数增大,有利于制备p型薄膜.退火温度达600℃后,由于薄膜再蒸发等使光电特性变差.550℃是最佳退火温度,适于制备高质量的透明导电薄膜,此时薄膜透过率达95%,薄膜电阻率为2.49×103Ω.cm.     

Effect of Post-Annealing Temperature on Optical and Electrical Properties of Li：ZnO Thin Films

采用溶胶凝胶法旋涂制备了摩尔分数为3%的Li掺杂ZnO薄膜,在450~650℃下退火后测试其微结构、表面形貌和光电特性.结果表明薄膜为六方纤锌矿多晶结构且n型导电,退火温度的升高改善了结晶度、表面形貌、透过率和导电性.退火温度超过550℃后电阻率增大,样品由肖特基导电转变为欧姆导电;伏安特性模拟结果表明,替位Li逐渐增多、薄膜功函数增大,有利于制备p型薄膜.退火温度达600℃后,由于薄膜再蒸发等使光电特性变差.550℃是最佳退火温度,适于制备高质量的透明导电薄膜,此时薄膜透过率达95%,薄膜电阻率为2.49×103Ω.cm.     

P型ZnO：N薄膜的拉曼及光电特性研究

采用电子柬蒸发技术在石英衬底上制备了ZnO薄膜,以N离子注入的方式及后期退火处理实现N掺杂ZnO薄膜．借助拉曼散射光谱、透射光谱和霍尔测试等手段研究了ZnO：N薄膜的拉曼及光电特性．结果表明：所有样品均呈现ZnO纤锌矿结构,在ZnO：N薄膜拉曼光谱中发现与N相关的振动模式（位于272．5,505．1和643．6cm-）,分析表明N已掺入ZnO薄膜中;霍尔测试表明,通过适当退火处理后,ZnO：N薄膜向P型转变,其空穴浓度为7．73x10^17cm-3,迁移率为3．46cm2V-1s-1,电阻率为2．34Ωcm．然而,长期进行霍尔跟踪测试发现ZnO：N薄膜的P型性能随时间并不稳定,结合拉曼散射光谱和第一性原理计算分析认为由于p-ZnO：N薄膜中存在残余压应力,同时薄膜中还出现了易补偿空穴的施主缺陷（N2）o是P型不稳定的根本原因．     

High quality p-type ZnO film growth by a simple method and its properties

P-type ZnO：N films have been grown successfully by chemical vapor deposition （CVD） using Zn4（OH）2（O2CCH3）6·2H2O as the solid source material and ZnNO3 as the doping source material. XPS, Hall-effect measurement and PL spectra were employed to analyze the structural, electrical and optical properties and study the influence of substrate temperature on the film. Results showed that with a lower substrate temperature, the film exhibited p-type conduction and its resistivity decreased when the substrete temperature increased. When the substrates temperature was 400℃, p-type ZnO films were obtained with carrier concentration of ＋5.127×10^17 cm^-3, resistivity of 0.04706 Ω· cm and Hall mobility of 259 cm^2/（V·s）; they still exhibited p-type conduction after a month. When the substrate temperature was too high, the film was transformed from p-type to n-type conduction.     

H2/(Ar+H2)流量比对AZO薄膜结构及光电性能的影响

在Ar+H2气氛下,用RF磁控溅射法在室温下制备Al掺杂的ZnO(AZO)薄膜,研究H2/(Ar+H2)流量比对薄膜结构和光电性能的影响。结果表明,在沉积气氛中引入H2可以提高AZO薄膜的结晶质量,降低AZO薄膜的电阻率,提高其霍尔迁移率和载流子浓度;H2/(Ar+H2)流量比为5%时,AZO薄膜的最小电阻率为1.58×10-3Ω.cm,最大霍尔迁移率和载流子浓度分别为13.17cm2.(V.s)-1和3.01×1020 cm-3;AZO薄膜在可见光范围内平均透光率大于85.7%。     

Study on ZnO:Al (ZAO) films by DC reaction magnetron sputtering

The high quality ZnO: A1 films were successfully produced by DC reaction magnetron sputtering technology. The Al-doping effect on electrical and optical properties and its scattering mechanism are discussed in detail. The analyses of X-ray diffractometer (XRD), X-ray photoelectron spectroscopy(XPS) and high resolution Auger electron spectroscopy (AES) show that Al2O3 could be effectively removed by controlling oxygen flow and Al-doping concentration during deposition of ZnO: Al films. Zn, Al and oxygen elements are well distributed through the films. For highly degenerated ZnO:A1 semi-conductive thin films, the theoretical and experimental results reveal that the ionized impurity. scattering dominates the Hall mobility in the films in the low-temperature range, while the lattice vibration scattering becomes a major scattering mechanism in the high-temperature range. The grain boundary scattering only plays a major role in the ZAO films with small grain size (as compared to the electron mean free path). The photoelectric properties of ZAO films show that it has low resistivity ( ～ 5 × 10-4 Ωcm), and the transmittance in visible range and the reflectance in IR region are above 80% and 60%, respectively.     

膜厚对柔性ZnO∶Ga透明导电薄膜结构和电学性能的影响

室温下采用直流磁控溅射法在PI衬底上制备出具有优异光学性能的ZnO∶Ga透明导电薄膜.研究结果表明,制备了具有C轴择优取向的六角纤锌矿结构的多晶GZO透明导电薄膜.讨论了薄膜厚度对PI衬底上制备ZnO∶Ga薄膜的结构、表面形貌和电学性质的影响.实验数据表明,一定同质缓冲层可有效降低薄膜应力,改善薄膜性能,所得GZO薄膜厚度为129nm时,电阻率具有最小值3.2×10-4Ω.cm.     

ITO退火膜的光学和电学特性

对不同氧流量下用直流磁控溅射法制备的ITO薄膜进行退火处理,并对退火后ITO薄膜的光电特性进行分析．结果表明,N2气氛下退火可以改善ITO薄膜的结晶性,同时使ITO薄膜质量得到优化,并显著提高ITO薄膜的透明性和电导性．     

基于可控Cd掺杂In2O3纳米线的电学特性研究

文章利用化学气相沉积法合成了不同摩尔比的Cd掺杂的In2O3纳米线,制备了基于单根In2O3纳米线的底栅场效应晶体管,并研究了其电输运特性。结果表明,相对未掺杂的In2O3纳米线,In2O3∶Cd纳米线的电导率有1～2个数量级变化,载流子迁移率高达58.1cm2/(V.s),载流子浓度高达3.7×1018 cm-3。可控Cd掺杂In2O3纳米线将在纳米光电子器件方面有着广泛的应用前景。     

Optoelectronic and electrochemical behaviour of γ-CuI thin films prepared by solid iodination process

A simple and efficient solid iodination method has been proposed for the fabrication of p-type γ-CuI thin films.The structural,morphological,optical,electrical and electrochemical properties have been investigated in order to serve as an effective hole-transporting layer in solid-state solar cells.The fabricated films exhibited p-type conductivity with resistivity of 7.0×10~(-2)Ωcm,the hole concentration of ～1.13×10~(19)cm~(-3)and the mobility of 18.34 cm~(-2)V~(-1)s~(-1).The cyclic voltammetry result shows a maximum specific capacitance of 43 mF/cm~2 at a scan rate of 10 mV/s.The cyclic stability and capacitance retention were found to be 99.7%.These findings demonstrate that γ-CuI film can be a potential candidate for multiple applications,such as a hole transporting material for solid-state solar cells and electrochemical supercapacitor.