基于反射光谱的InxGa1-xN半导体薄膜厚度测量

氮化镓薄膜是制造蓝紫光光电子器件的理想半导体材料之一。三元合金InGaN薄膜是优良的全光谱材料而且不同In组分的InGaN薄膜叠层可用于研制高效率薄膜太阳电池。精确测量InGaN薄膜的厚度有利于研制高效率的光伏器件。本文利用分光光度计实验研究了蓝宝石衬底金属有机物化学气相沉积（MOCVD）技术生长的铟镓氮（InGaN）半导体薄膜的反射光谱。基于薄膜干涉原理,计算分析了InxGa1-xN薄膜的厚度;结果发现利用反射光谱中不同波峰、波谷确定的薄膜厚度相对偏差度的平均值为4．42％。结果表明用反射光谱的方法测量InxGa1-xN薄膜的厚度是可行的。     

全In组分可调InGaN的分子束外延生长

Ⅲ族氮化物InxGa1-xN合金为直接带隙半导体,其禁带宽度随着In组分变化从3.43 e V(Ga N)到0.64e V(In N)连续可调,波长范围覆盖了0.3–1.9μm,具有电子饱和速度高和光学吸收系数大等特点,是制备高效率全光谱太阳能电池和白光照明器件的理想材料.由于缺少合适的衬底,In N和InxGa1-xN薄膜通常生长在蓝宝石或Ga N模板上.本论文综述了采用MBE方法,在蓝宝石衬底和Ga N模板上生长了In N和全组分InxGa1-xN薄膜的生长行为和材料物理性质.利用MBE边界温度控制法在蓝宝石衬底上生长高室温电子迁移率的InN薄膜,利用温度控制外延法在Ga N/蓝宝石模板上制备了全组分InxGa1-xN薄膜.     

衬底温度对In_xGa_（1-x）N薄膜结构特性的影响

本文采用MOCVD工艺,通过调整衬底温度（固定其它工艺参数）来沉积用于太阳电池的InxGa1-xN薄膜,并利用X射线衍射仪（XRD）、X射线荧光光谱仪（XRF）、扫描电子显微镜（SEM）和台阶仪来分析研究其结构特性.衬底温度较低时有利于薄膜的In注入,衬底温度较高时有利于沉积高结晶质量的InxGa1-xN薄膜.当衬底温度为470℃时,在硅衬底上所沉积的InxGa1-xN薄膜In含量较高,为46.92%;薄膜表面光滑致密,粗糙度小;颗粒较大,且颗粒大小均匀.     

InxGa1-xN/GaN量子点中的激子态

近年来,三元半导体合金InGaN由于在光电器件(高亮度的蓝、绿光发光二激管、激光二极管)上的应用而备受人们的关注．由于InN和GaN之间比较大的晶格失配导致在InxGa1-xN／GaN量子阱的InxGa1-xN激活层中自发形成一些纳米量级的富In类量子点．这些富In量子点就像三维陷阱一样,     

衬底温度对InxGa1-xN薄膜结构特性的影响

本文采用MOCVD工艺,通过调整衬底温度(固定其它工艺参数)来沉积用于太阳电池的InxGa1-xN薄膜,并利用X射线衍射仪(XRD)、X射线荧光光谱仪(XRF)、扫描电子显微镜(SEM)和台阶仪来分析研究其结构特性.衬底温度较低时有利于薄膜的In注入,衬底温度较高时有利于沉积高结晶质量的InxGa1-xN薄膜.当衬底温度为470℃时,在硅衬底上所沉积的InxGa1-xN薄膜In含量较高,为46.92%;薄膜表面光滑致密,粗糙度小;颗粒较大,且颗粒大小均匀.     

内建电场对InGaN耦合量子点光学性质的影响

近年来,宽禁带直接带隙半导体异质结构InxGa1-xN／GaN由于在电子及光电子器件方面的应用而备受关注,如高亮度的兰、绿色发光二极管,激光二极管等．由于存在相分离,在InxGa1-xN／GaN异质结构InxGa1-xN激活层中会通过自组织形成纳米尺度的富In类量子点．这些富In类量子点可以看成是捕获电子     

匀胶法制备TiO_2薄膜的亲水性研究

利用匀胶机制备不同厚度TiO2薄膜,分别用X射线衍射仪（X-ray Diffraction,XRD）、拉曼（Raman）光谱、原子力显微镜（Atomic Force Microscope,AFM）和X射线光电子能谱（X-ray photoelectron Spectroscopy,XPS）表征薄膜微观结构;利用紫外-可见分光光度计（UV-Vis）研究薄膜厚度对光透过率的影响;通过表面接触角测试仪研究TiO2薄膜厚度对其亲水性的影响.实验结果表明：匀胶二层的TiO2薄膜（厚度约为170nm）可达到最佳亲水性;TiO2表面形貌和表面羟基官能团（-OH）的含量会对薄膜亲水性造成影响;继续增加TiO2薄膜厚度不利于改善薄膜亲水性.     

氮化硼薄膜的厚度对场发射特性的影响

利用射频磁控溅射方法, 在n型（100）Si基底上沉积了不同厚度（54~124 nm）的纳米氮化硼（BN）薄膜. 红外光谱分析表明, BN薄膜结构为六角BN（h-BN）相(1 380 cm^-1和780 cm^-1)结构. 在超高真空系统中测量了不 同膜厚的场发射特性, 发现阈值电压随着厚度的增加而增大. 厚度为54 nm的BN薄膜样品阈 值电场为10 V/μm, 当外加电场为23 V/μm时, 最高发射电流为240 μA/cm². BN薄膜场发射F-N曲线表明, 在外加电场作用下, 电子隧穿了BN薄膜表面势垒发射到真空.     

掺钛GZO透明半导体薄膜的光学性质研究

以钛掺杂氧化锌镓(GZO)陶瓷靶作为溅射源材料,采用射频磁控溅射技术在玻璃基片上制备了掺钛GZO(GZO:Ti)透明半导体薄膜,利用光谱拟合方法计算了GZO:Ti薄膜的折射度、消光系数和厚度等光学参数,研究了氩气压强对GZO:Ti薄膜光学性质的影响.结果表明:拟合光谱曲线与实验测量光谱曲线一致,薄膜的光学性质与氩气压强密切相关,GZO:Ti薄膜折射率随波长增大而逐渐减小,表现出正常的色散性质.另外还采用包络法计算了GZO:Ti薄膜的折射率和厚度,两种方法所获得的结果是基本相符的.     

基于MOVPE和MBE法生成的GaN薄膜的反射、透射光谱测量

使用紫外-可见光分光光度计,研究用金属有机物气相外延(MOVPE)方法生成在蓝宝石衬底上的GaN薄膜的反射光谱、透射光谱以及用分子束外延(MBE)方法生成在碳化硅衬底上GaN薄膜的反射光谱,结果表明,所测的GaN薄膜和体材料的光学吸收边出现在364 nm附近,对应的禁带宽度为3.41 eV.在两种不同衬底上,薄膜的反射谱由于材料晶格常数和热膨胀系数的不同有所差别.     

三元氮化物纤锌矿结构混晶In_xGa_(1-x)N中的光学声子

采用修正的无轨离子位移模型研究三元氮化物纤锌矿混晶中的光学声子模.用微扰法对系统的弗留里希耦合常数、混晶的介电常数和谐振子强度进行计算和讨论.结果表明,纤锌矿结构InxGa1-xN中的光学声子能量等物理量随组份x出现明显非线性变化,In与Ga原子之间的相互作用对混晶的性质有显著的影响.     

氮化物柱形量子点中离子施主束缚激子态波函数的研究

在有效质量近似和变分原理的基础上,选取三个不同的尝试波函数,研究了纤锌矿结构的InxGa1-xN/GaN柱形量子点中离子施主束缚激子（D＋,X）的束缚能随量子点高度L、In含量x及离子施主杂质位置z0的变化规律.计算结果表明：三个不同尝试波函数变分计算得到的束缚能随量子点高度L、In含量x及离子施主杂质位置z0的变化规律一致.但对比三个不同尝试波函数计算所得结果,依据变分原理可知,三参量尝试波函数优越.     

Cr缓冲层对SmCo/Cu薄膜结构及形貌的影响

研究了不同厚度SmCo薄膜的结构以及Cr缓冲层对SmCo/Cu薄膜结构、形貌及性能的影响.结果表明,对于较厚的SmCo薄膜,延长退火时间可有效提高样品的结晶度;Cr缓冲层能够提高样品表面的平整度,降低SmCo平均晶粒尺寸,增强SmCo（002）衍射峰与Cu（111）衍射峰强度之比（R）,从而提高样品的磁性能.同时发现,SmCo/Cu薄膜的磁性能可以通过调节Cr缓冲层厚度进一步得到优化,其中通过调控缓冲层厚度提高R值,形成Cu（111）与SmCo（002）织构,是提高SmCo5/Cu薄膜磁性的关键所在.     

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．     

脉冲激光沉积法(PLD)制备InGaN薄膜的膜厚分布特征

【目的】探究脉冲激光沉积法(PLD)制备InGaN薄膜时薄膜的厚度分布规律,以便于能够改善薄膜的均匀性。【方法】在实际情况中,靶材和基片并不平行,取任一无限小面积元近似作为平行靶材时的情况来分析,研究此处各项等效参数即可得到该处的膜厚。【结果】当靶材与基片的倾斜角为0°时,靶材激光照射点处的法线与基片相交处的膜厚度最大,以该点为中心,基片两侧膜厚呈对称分布,且越远离基片中心点,膜的厚度越小;当靶材与基片的倾斜角不为0°时,基片左右两侧膜厚不对称分布,靠近靶材一侧的薄膜厚度大于远离靶材一侧的薄膜厚度,倾斜角越大,两侧膜厚的差异越大,膜厚最大的点不在基片中心处,而是偏向靠近靶材的一端,倾斜角越大,偏离越明显。靶基距增大,所形成的膜厚度均匀性提高,但与靶基距较小时相比,相同时间内沉积的膜厚度要低得多。【结论】PLD制备InGaN薄膜过程中,基片各处上的薄膜受倾斜角和靶基距的影响,厚度不均匀,存在一个厚度分布。     

Nd掺杂BST薄膜的微结构与光学特性研究

用改进的溶胶-凝胶技术,在硅和石英衬底上制备了不同浓度的Nd掺杂Ba0.80Sr0.20TiO3薄膜,应用XRD和SEM表征了薄膜的晶化行为和微观形貌.测试发现700℃退火后,薄膜晶化情况良好,具有典型的多晶钙钛矿结构,表面致密,无裂纹和孔洞,晶粒生长均匀,随着Nd掺杂量的增加,晶粒尺寸逐渐减小.在200~1 000 nm的波长范围内测试了薄膜的透射谱,用"包络法"计算了薄膜的折射率,薄膜折射率与波长呈现典型的电子带间跃迁的色散关系,波长为400 nm时,1%Nd(按物质的量计算百分比)掺杂的BST薄膜的折射率为2.06,小于纯BST薄膜的折射率2.10,这是由于Nd掺杂引起薄膜内部应力变化造成薄膜折射率降低.由吸收谱和Tauc关系确定了Nd掺杂对薄膜的光学带隙的影响.