ZnO荧光薄膜的制备及特性研究

采用直流反应磁控溅射方法在镀有ITO的玻璃衬底上制备了ZnO荧光薄膜。通过X射线衍射(XRD)、能谱分析仪对退火前后薄膜的结晶状况和成分进行了分析，利用荧光探测单色仪对薄膜的光致发光(PL)特性进行了研究。退火前后的发光峰分别位于光谱绿区499．2nm和517．8nm处。退火处理明显提高了绿光强度，并且使发光峰产生了红移。     

退火气氛对ZnO纳米颗粒的结构及发光特性的影响

在500℃且不同退火气氛(氮气、氧气)条件下,我们通过化学沉淀法成功制备了ZnO纳米颗粒.采用X射线衍射仪(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、光致发光(PL)和拉曼光谱(Raman)研究退火气氛对ZnO纳米颗粒结构和发光特性的影响.实验结果表明,制得样品为具有六角纤锌矿结构的ZnO.从Raman和PL光谱可以观测到,退火气氛对ZnO纳米颗粒的结晶和发光特性都有很大的影响,氮气气氛下退火得到样品发光特性较好,缺陷较少,文中对其影响机制进行了讨论.     

射频磁控溅射透明ZnO薄膜的退火性质分析

采用射频(RF)磁控溅射法在玻璃衬底上制备了c轴择优取向的ZnO薄膜。对所制备的ZnO薄膜在空气气氛中进行不同温度(350~600℃)的退火处理。利用XRD研究退火对ZnO薄膜晶体性能和应力状态的影响;用扫描电子显微镜(SEM)观察薄膜的表面形貌;用分光光谱仪测试薄膜的透光率。研究表明,随退火温度的升高,ZnO薄膜(002)衍射峰强度不断增强,半高宽逐渐减小;ZnO薄膜中沿c轴方向存在着的张应力在500℃退火时得到松弛;退火处理后薄膜的平均透光率变化不大,但透射光谱出现了“红移”现象。     

衬底温度对ZnO薄膜的结构和发光性能的影响

目的 研究衬底温度对znO薄膜结构和发光性能的影响及薄膜结构与发光性能两者之间的关系.方法 在玻璃衬底上采用射频磁控溅射法,固定其他工艺参数、改变衬底温度制备znO薄膜.对薄膜进行XRD谱和室温光致发光(PL)谱研究.结果 衬底温度在25℃到250℃之间,随着温度的升高,结晶质量变好,且紫外发光相对明显增强.在衬底温度为250℃时,结晶质量和发光性能均达到最优化.继续升高衬底温度,结晶质量和发光性能都下降.结论 衬底温度对ZnO薄膜的制备有着重要的影响;薄膜发光性能与结晶质量密切相关,结晶质量越好,紫外发先相对强度越大.     

Sol-Gel法制备Al掺杂ZnO薄膜的微结构及电学特性

采用溶胶-凝胶法在Si(100)衬底上制备了不同浓度Al掺杂的ZnO(AZO)薄膜。XRD研究表明Al掺杂对薄膜的结晶产生明显的影响。用四探针法测量其电阻特性,表明在1 mol%Al掺杂,600℃下退火,其电阻率最低。     

Nd及其与Fe,Mn共掺杂ZnO薄膜的结构与发光特性

采用射频磁控溅射技术在Si(111)衬底上制备了未掺杂ZnO薄膜和Nd及其与Fe,Mn共掺杂ZnO薄膜.通过XRD分析表明,未掺杂ZnO薄膜沿c轴择优生长,掺杂ZnO薄膜偏离了正常生长,薄膜为纳米多晶结构.应用AFM观测所有薄膜的表面形貌,掺杂使ZnO薄膜表面粗糙.室温光致发光谱显示,薄膜出现了395nm的强紫光和495 nm的弱绿光带.Nd掺杂ZnO薄膜的PL谱线峰值强度减弱,Nd与Fe,Mn共掺杂ZnO薄膜的PL谱线峰值强度增强,分析了掺杂引起PL峰强度变化的原因.     

激光频率对用PLD法生长氧化锌薄膜特性的影响

用脉冲激光沉积法(PLD)在硅(100)衬底上制备了c轴取向的高质量的ZnO薄膜.分析了不同激光频率下薄膜的结晶状况,通过对薄膜的PL谱的测试,分析了不同激光频率下薄膜的发光特性状况,同时进行了薄膜结构的测试.结果显示:激光频率为3 Hz的样品结晶质量较高,具有很高的c轴择优取向,同时发光性能达到相对优化.     

Zn基ZnO纳米棒阵列的制备和发光特性

N2H4.H2O水热体系中,在Zn基底上制备出了ZnO纳米棒薄膜。采用X射线衍射(XRD)、场发射扫描电镜(FESEM)及发致发光谱(PL)等分析测试手段,研究了ZnO薄膜的形貌结构和发光特性。结果表明,预处理工艺不同,Zn基底表面状态不同,ZnO薄膜形貌也不同。在经预氧化形核的Zn基底上易于制备ZnO纳米棒薄膜。在单一取向的Zn基面上,易于制备ZnO纳米棒阵列。PL测试分析表明,ZnO纳米棒有强的近带边紫外光发射峰和弱的缺陷发射峰。阵列棒本征发射峰强度最高、缺陷峰最弱,反映了该ZnO纳米棒结晶质量高。     

Sb掺杂ZnO薄膜的缺陷和光学性质研究

采用磁控溅射方法在6H-SiC单晶片上制备了锑(Sb)掺杂的氧化锌(ZnO)薄膜.利用X射线衍射(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)对样品的结晶质量和成分进行了测试.结果表明所得到的ZnO∶Sb薄膜结晶质量良好,掺Sb浓度为原子数分数1%,并且掺入的Sb原子处于Zn原子的位置.利用低温及变温光致发光谱(PL)研究了ZnO∶Sb薄膜的光学性质,观察到了与Sb有关的A0X发射,并且计算得到其受主能级为150meV.分析认为掺Sb的ZnO薄膜中受主来源于SbZn-2VZn复合缺陷.     

退火温度对ZnO/SiO_2复合薄膜结构及光学性能的影响

采用溶胶-凝胶(sol-gel)法在玻璃衬底上制备ZnO/SiO2(ZSO)复合薄膜,并采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、紫外-可见分光光度计(UV-Vis)和光致发光(PL)谱对样品的形貌、晶体结构、透过率及光致发光性能进行表征.SEM结果表明,样品为双层结构,随着退火温度的升高,颗粒变大,并产生团聚现象;XRD结果表明,样品经退火处理后生成六方纤锌矿型ZnO,衍射峰强度和晶粒尺寸随退火温度的升高而增大;UV-Vis结果表明,样品同时具有ZnO和SiO2特征吸收边,双层复合薄膜中ZnO和SiO2两种不同材料的能带不连续导致360nm附近的曲线不平滑,并使能带蓝移,经400℃退火处理后的样品透过率较高;PL谱结果表明,在355nm波长激发下,样品分别在紫外区和蓝光区域产生发射峰,随着退火温度的升高,样品内缺陷密度减小,由缺陷引起的发光强度减弱.     

氧对纳米ZnO薄膜晶体结构和光致发光的影响

ZnO是一种直接带半导体材料，在光电领域中和GaN一样受到关注．ZnO不仅有与GaN相似的晶体结构，而且它的激子结合能高达60meV，是GaN的2．4倍．采用射频(RF)磁控溅射法在n-Si(001)衬底上生长ZnO薄膜，XRD谱测量显示出氧压对ZnO薄膜的晶体结构有显著影响，用波长为325nm的激光激发，观察到在445nm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跃迁到价带，分析了发光峰与氧压的关系以及退火对它的影响。     

3C—SiC晶体薄膜的退火特性及其光荧光

采用HFCVD技术,通过两步CVD生长法,以CH4＋SiH4＋H2混合气体为生长源气,在Si衬底上生长3C－SiC晶体薄膜。对所制备的样品薄膜在氮气气氛中分别采取了快速退火和慢速退火处理,并对退火前后的样品进行了光荧光（PL）分析。结果显示,未经退火处理的样品其PL谱为一覆盖整个可见光区域展宽光谱线,主峰位置在520nm附近;经快速退火处理后样品的PL谱在450nm位置附近出现了又一较强峰,再经慢速退火处理后此峰基本消失,但室温PL峰发生红移。比较结果说明快速退火处理极易给3C－SiC晶体薄膜造成应力损伤。     

ZnO纳米线PL光谱性质改善的研究

采用CVD方法在管式炉中生长了ZnO纳米线, 并通过SEM、TEM和PL光谱仪表征了其形貌、结构及光谱性质。利用Au表面等离激元共振与材料的相互作用, 在ZnO纳米线表面镀上Au膜, 发现其对ZnO纳米线的PL光谱有明显的改善, 纳米线本征发光增强20倍左右, 缺陷发光有显著的减弱。通过高温退火, 结果显示ZnO纳米线的本征发光和缺陷发光之间存在很强的竞争, 在入射光功率一定的条件下, 高温退火后ZnO纳米线的本征发光明显地减弱, 缺陷发光显著地增强。对退火后的ZnO纳米线镀上Au膜, 发现其本征发光增强了30倍左右。这些结果比现有的报道有显著提高。     

真空退火对ZnMnO：N物理特性影响的研究

利用金属有机源化学气相沉积（MOCVD）技术,在蓝宝石上外延了Mn-N共掺ZnO薄膜,同时,将得到的ZnMnO：N样品分别在700,900和1100°C的温度下进行真空退火处理.X射线衍射（XRD）显示真空退火使薄膜样品的晶格质量变差,但样品都具有良好的单轴取向.ZnMnO：N样品的拉曼光谱（Raman）和光致发光谱（PL）光学表征显示真空退火使得样品中氧空位（VO）增多.对NT,Mn共掺ZnO晶体的第一性原理模拟计算揭示了N,Mn共掺ZnO的态密度存在较强的p-d相互作用,产生磁矩.一旦引入氧空位（VO）后,费米能级上移,p-d相互作用消失,磁矩减小甚至消失.实验表征分析与模拟计算结果一致：对于N,Mn共掺ZnO薄膜样品,引入氧空位（VO）后,铁磁性减弱.因此,Mn3d电子与N2p局域束缚的电子形成的磁性束缚激子（BMP）决定了磁性相互作用的产生.     

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．     

电子束蒸发制备纳米ZnO薄膜及其特性研究

用电子束蒸发制备一系列纳米ZnO薄膜,用XRD和AFM研究其结构和形貌,重点研究其拉曼谱.ZnO靶的拉曼谱出现了4个明显的峰,与文献报道基本一致.室温下沉积的ZnO薄膜中存在大量缺陷和氧空位,其拉曼频移只有LO模和低频E2模,且其LO模有相对频移,峰展宽,强度加强.ZnO膜的高频拉曼谱对其结构不敏感,各种制备条件下的ZnO膜其高频拉曼谱基本一致.对拉曼谱,结合XRD和AFM分析给出了初步的解释.     

掺杂量对ZnO∶Tb复合薄膜的形貌和光学性能的影响

采用的两步法——先溅射成膜,后退火处理的工艺成功制备了ZnO:Tb复合薄膜,结合XRD、SEM、PL等手段研究了掺杂量对薄膜结构和形貌的影响.发现掺杂量为4.16%时,ZnO:Tb薄膜表面形成新奇T-A-ZnO结构以及不同直径和长度的螺纹状纳米棒;同时出现378 nm和387 nm两个较强的紫外发光峰,以及中心波长位于515 nm的强绿光峰.     

不同衬底生长ZnO薄膜的结构与发光特性研究

采用射频磁控溅射方法分别在蓝宝石(Al2O3)(0001)和硅(100)衬底上制备ZnO薄膜．通过X-光衍射测量与分析表明两者都沿C轴方向生长，在Al2O3衬底上的ZnO薄膜结晶质量优于在Si衬底上的薄膜样品．然而，由原子力显微镜观测发现在Al2O3衬底上的薄膜晶粒呈不规则形状，且有孔洞，致密性较差；而在Si衬底上的ZnO薄膜表面呈较规则的三维晶柱，致密性好．光致发光测量表明，不同衬底上生长的ZnO薄膜表现出明显不同的发光行为．     

ZnO纳米杆的生长和发光特性研究

用简单的真空热蒸发纯Zn粉工艺,在顺逆气流不同的情况下,直接在硅片上生长出比较定向的单晶ZnO纳米杆阵列.用扫描电子显微镜(SEM)、X-射线衍射(XRD)、选区电子衍射(SAED)、高分辨透射电镜(HRTEM)和室温光致发光谱(PL),研究了ZnO样品的结构、形貌和光学性质.结果表明:ZnO纳米杆为具有六方纤锌矿的单晶结构,纳米杆沿着[0001]的方向生长,顺气流时顶部为完整六边形,逆气流时顶部为六棱锥.这种顶部形貌的不同,是由于顺逆气流对应不同的锌蒸汽压而引起的.光致发光谱表明制备的ZnO纳米杆具有较好的绿光光学性能.     

用RF磁控溅射法制备锂氮共掺p型氧化锌

采用RF磁控溅射技术,以掺杂氮化锂的氧化锌陶瓷为靶材,用不同物质的量比的高纯氩气和氧气混合气体为溅射气体,在石英衬底上生长锂氮共掺氧化锌薄膜,并在600℃真空热退火30min,研究生长气氛对锂氮共掺氧化锌导电类型、晶体结构与低温光致发光的影响规律和机制.结果表明,当以n(氩气):n(氧气)=60的混合气体为溅射气体时,可得到稳定的p型锂氮共掺氧化锌薄膜.X射线衍射谱表明,样品具有高度的c轴择优取向.由变温光致发光分析可知,该薄膜的p型导电来源于LiZn受主缺陷,其光学受主能级位于价带顶131.6meV处.