退火对Al掺杂ZnO薄膜结构和磁性的影向

采用直流磁控溅射法制备了Al掺杂ZnO薄膜,并在不同的氛围和温度下进行了退火处理.利用X射线衍射仪(XRD)和物理性能测量仪(PPMS)对薄膜的结构和磁性进行了表征.采用了一种改进的磁性修正方法对磁测量结果进行了修正.结果表明,不同的退火温度和氛围对薄膜的微结构和磁特性有着较大的影响,与真空退火处理的薄膜相比,空气退火处理的薄膜样品呈现了明显的铁磁性,磁矩约增加了一个数量级.室温铁磁性可能与Al和ZnO基体之间发生的电荷转移以及在不同退火氛围下Al在ZnO晶格中的地位变化有关.     

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。     

制备条件对镓掺杂氧化锌薄膜的透明导电性影响

用高温固相反应法制备了镓掺杂的氧化锌导电陶瓷,研究了预烧温度、烧结温度和掺杂浓度等工艺条件;用射频磁控溅射方法分别在玻璃和石英基底上沉积了镓掺杂的氧化锌薄膜,研究了该薄膜在不同的基底温度和不同的氧氩比等条件下的光电性质的变化情况以及氮气氛下不同退火温度下的光电性质,结果表明:镓掺杂氧化锌薄膜在450℃的基底温度、2%的掺杂浓度和700℃的退火温度等条件下实现了0.84×10-4Ω.cm的低电阻率和大于90%的可见光透过率,其光学带隙随退火温度的上升也有一定程度的增大.     

氧氩比对ZnO薄膜微观结构及光电特性的影响

采用JGP300型超高真空磁控溅射系统,在蓝宝石(Al_2O_3)、p-Si和氧化铟锡(ITO)导电玻璃衬底上制备了ZnO薄膜。使用X射线衍射仪(XRD)、紫外分光光度计(UV)、原子力显微镜(AFM)分析了氧氩比对ZnO薄膜晶体结构、光学特性和表面形貌的影响。测试结果表明:ZnO薄膜均为单一六方纤锌矿结构,且均表现出c轴择优取向。随着氧氩比的减小,ZnO(002)衍射峰强度增大,衍射峰半高宽(FWHM)减小。氧氩比为1∶4条件下制备的ZnO薄膜结晶质量较好。随着氧氩比的增大,ZnO薄膜表面粗糙度先增大后减小。在可见光范围内(波长400～700 nm),氧氩比为3∶2条件下制备的ZnO薄膜,平均透过率超过70%。     

ZnO:Al透明导电薄膜的制备及其光电性能的研究

利用溶胶-凝胶法在石英衬底上制备Al3+掺杂ZnO薄膜,研究了Al3+掺杂对ZnO薄膜微结构和光学性能的影响.XRD测量结果表明,Zn1-xAlxO薄膜具有六角纤锌矿结构,晶格常数随着Al掺杂浓度的增加而减小;紫外-可见透射光谱(UV)表明,所有薄膜在可见光区的透过率均超过80%;光致发光谱研究发现,随着Al掺杂浓度的增加ZnO的吸收带边发生蓝移,XRD和光学性能研究都证实了ZnO薄膜中的Al3+是以替位式形式存在于晶格中.     

梯度掺杂AZO薄膜的制备及其性能表征

采用Sol-Gel法,以不同铝离子浓度的溶胶梯度掺杂的方法制备了Al掺杂ZnO(AZO)薄膜,用XRD衍射仪和SEM扫描电镜对该薄膜进行了结构和形貌分析,并对其电学性能和光学性能进行了研究。结果表明,梯度掺杂的AZO薄膜比单一浓度掺杂5.0 at%(原子数百分比)的薄膜具有更明显的c轴择优取向,更强的本征紫外发光峰和近紫外发光峰。当薄膜的退火温度在500~650℃区间时,薄膜电阻率稳定在10-2Ω.cm,高于700℃时,薄膜电阻率明显升高。     

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.     

V、Mn掺杂ZnO薄膜的掺杂特性及制备工艺研究

本文采用溶胶一凝肢法制备掺杂Mn的ZaO薄膜,井直流磁控溅射V掺杂的ZnO薄膜,研究Mn、V掺杂浓度以及制备工艺对于ZnO薄膜微观组织和电学性能的影响。研究发现,溶胶一凝胶法制备ZnO薄膜,最佳熟处理温度为450℃前烘和700℃退火处理结合。掺杂ZnO薄膜结构显示,Mn、V离子部分替代Zn离子进入ZnO晶格的内部。Mn掺杂ZnO薄膜浓度约为1％时,或V元素掺杂浓度为2％时,ZnO薄膜中的（002）晶向的衍射峰最强,显示出一定的C轴择优生长性。     

氧氩比对Ti掺杂ZnO薄膜结构和光电性能的影响

为优化Zn O∶Ti复合薄膜制备工艺,采用射频磁控溅射法在不同氧氩比条件下沉积Zn O∶Ti复合薄膜,得到的样品经由EDS能谱仪检测Ti掺杂质量分数为3%.分别利用台阶仪、扫描电子显微镜、X线衍射仪、分光光度计和霍尔效应仪对样品的沉积速率、微观结构和光电性能进行表征.结果表明:随着氧氩比逐渐增大,薄膜的沉积速率呈现先增加后减小的变化.所有Zn O∶Ti薄膜均为六角纤锌矿结构,具有(002)晶面择优取向;当氧氩比为1∶1时,薄膜样品的表面形貌和结构优于其他样品.经过在空气中500℃的退火处理,薄膜样品的结晶质量明显提高.所有Zn O∶Ti薄膜在可见光区透过率均大于90%.随着氧氩比的增加,薄膜样品的电阻率先减小后增加,当氧氩比为1∶1时,电阻率最小,为6.5×10-4Ω·cm,薄膜的综合性能达到最优.     

Al-N 共掺杂p 型ZnO 薄膜制备及电学性能的研究

利用射频磁控溅射技术在石英玻璃上制备了ZnO:Al薄膜,继而N离子注入实现薄膜的Al-N共掺杂,随后进行了不同温度和时间的热处理。并借助X射线衍射(XRD)、霍耳测试(Hall)、X射线光电能谱仪(XPS)等手段对ZnO薄膜的性能进行了表征。实验结果表明,Al-N共掺杂ZnO薄膜在578℃退火8 min表现出较稳定的p型导电,其载流子数高达1×1018～6×1018个·cm-3,对应的电阻率为1～9Ω·cm,迁移率为1～2 cm2·V-1·s-1。与单掺N相比,实现p型导电所需的退火温度有明显降低,这很可能与Al的掺入有关。此外,XPS测试结果证实大量的Ni取代O空位是薄膜p型导电的根本原因。     

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。     

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．     

溶胶-凝胶法制备掺铝氧化锌透明导电膜的正交实验研究

采用溶胶-凝胶法制备了掺铝氧化锌(ZnO：Al,ZAO)透明导电膜。对薄膜用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、四探针仪及紫外 可见分光光度计等分析测试手段进行了表征;通过正交实验探讨了溶胶浓度、铝离子的摩尔掺杂量以及退火温度等因素对其电阻率的影响。结果表明,薄膜电阻率随溶胶浓度、铝离子掺杂量的增加,呈现先减小后增大的趋势,并随退火温度的升高而减小,从而确定了制备ZAO透明导电膜的优化工艺条件为：溶胶浓度0.8mol/L,铝离子的掺杂量1.0%(摩尔分数),退火温度550℃。在优化工艺条件下制得的ZAO透明导电薄膜具有标准的ZnO纤锌矿结构,其电阻率为1.275×10^-3Ω·cm,平均透光率达84%。     

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.     

Photore sponse and H2 gas sensing properti es of highly oriented Al and Al/Sb doped ZnO thin films

ZnO:Al and ZnO:Al/Sb thin films have been prepared and investigated.The thin films were deposited on Si substrates by the sol-gel method.The structural,optical and electrical properties of ZnO films have been investigated by spectrophotometry,ellipsometry,X-ray diffraction and current-voltage characterizations.It is found that the films exhibit wurtzite structure with a highly c-axis orientation perpendicular to the surface of the substrate,a high reflectivity in the infrared region and a response to illumination.Furthermore,it has been found that Si/（ZnO:Al/Sb）/Al photodiode is promising in photoconduction device while Si/（ZnO:Al）/Al can be used as gas sensor responding to the low H₂concentrations.     

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.     

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.     

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.     

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.