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。     

ZnO薄膜的制备和研究进展

ZnO作为一种新型的宽禁带半导体材料，具有很好的化学稳定性和热稳定性，抗辐射损伤能力强，在光电器件、压电器件、表面声波器件等诸多领域有着很好的应用潜力．本文介绍了ZnO薄膜的基本性质以及喷雾热分解、脉冲激光沉积、金属有机物化学气相沉积等制备ZnO薄膜的技术和方法，并着重介绍了在ZnO紫外受激发射和p型掺杂等方面的研究进展．     

ZnO的p型掺杂研究进展

ZnO是一种宽带隙Ⅱ~Ⅵ族半导体材料,由于其独特的性能,如高电子迁移率、广泛的激子结合能,是一种很有前途的光电器件材料;但因本征施主缺陷和施主杂质引起的自补偿效应等很难使其有效地实现n型向p型导电的转变.介绍了ZnO的p型掺杂机理、掺杂元素分类及国内外对p型ZnO研究的最新进展.     

N-S共掺ZnO的第一性原理研究

通过第一性原理方法计算了未掺杂、N单掺和N-S共掺ZnO的电子结构。对态密度的计算发现,N单掺时会在价带顶费米能级附近形成一个局域性很强的能级,N-S共掺后N的局域性减弱,费米能级更加深入价带导致空穴浓度增加;对有效质量的计算发现,共掺时的有效质量较单掺时减小。计算结果表明,N-S共掺相对于N单掺有利于形成p型ZnO。     

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.     

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.     

P型ZnO薄膜的制备及特性研究

ZnO是一种新型的自激活宽带隙半导体材料,是一种理想的短波长发光器件材料,在光电子、高温大功率器件、高频微波器件以及信息技术领域等方面有着广阔的应用前景,实现和控制高质量P型掺杂是ZnO薄膜光电子应用的关键。本文用射频磁控溅射技术,在直径为100 mm的单晶Si(110)衬底上制备ZnO薄膜,薄膜厚度为1.8μm。用多功能离子注入机对ZnO薄膜进行N离子注入。通过退火实现了ZnO薄膜的P型转变。扫描电镜(SEM)观察表明,离子注入使薄膜表面形貌产生损伤和缺陷,粗糙度明显增加,但退火对表面形貌有很大改善。X射线衍射(XRD)给出样品具有对应于ZnO(002)面的衍射峰,表明薄膜具有较好的c轴择优取向。在不同温度下(500℃,650℃,800℃,900℃,950℃),     

Al-Y共掺杂ZnO透明导电薄膜制备及光电性能研究

 采用溶胶 凝胶法,在玻璃衬底上制备出Al-Y共掺杂的ZnO透明导电薄膜。X射线衍射(XRD)表明,Al-Y共掺杂ZnO透明导电薄膜为六角纤锌矿结构的多晶薄膜,且具有C轴择优取向。制备的Al-Y共掺杂ZnO薄膜电阻率最小值为1.63×10² Ω·cm,在可见光区(400-800 nm)平均透过率超过85 %。     

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。     

溅射气压对ZnO薄膜的影响

采用射频磁控溅射的方法,通过改变溅射气压,在玻璃衬底上沉积出具有C轴择优取向的ZnO薄膜。用X射线衍射仪（xRD）、扫描电子显微镜（SEM）和原子力显微镜（AFM）对不同溅射气压下ZnO薄膜的结构、断面和表面形貌进行研究分析。结果表明,随着溅射气压的降低,ZnO薄膜的（002）取向增强,薄膜的厚度增加,沉积速率加快,氧化锌薄膜的沉积速率从4nm／min升高到21nm／min。在溅射压强为2．5Pa时制备的ZnO薄膜粗糙度最小,大小为5．45nm。     

热蒸发分解法制备多晶氧化锌薄膜以及性能分析

以Zn(CH3COO)2·2H2O为蒸发源,利用热蒸发分解法在Si衬底上沉积了多晶ZnO薄膜.使用多种分析测试手段(XRD,SEM,PL,霍尔效应)对不同的衬底温度下得到的ZnO薄膜的物理性质及结构特征进行分析表征.ZnO薄膜为六角纤锌矿结构,但在高角度时可以观察到衍射峰的分裂,表明ZnO薄膜中结构的非均一性.所得到的ZnO薄膜在蓝光波段具有强烈的受激发射.霍尔效应测量显示在衬底温度低于480℃时,薄膜为空穴导电(p-type),而高于480℃时,为电子导电(n-type).在不同衬底温度下,薄膜表面具有不同形貌特征.还探讨了对于ZnO薄膜的热蒸发分解法的成膜机理.     

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。     

室温溅射沉积ZnO:Al薄膜的工艺

ZnO:Al薄膜是一种N型宽带隙半导体材料,由于其大的载流子浓度和光学禁带宽度而表现出优良的光电特性.采用射频磁控溅射工艺,在室温下用氧化锌铝陶瓷靶(3wt%Al2O3)溅射沉积透明导电ZnO:Al薄膜,研究了各工艺参数,如氧流量、工作气压和射频功率对其光电特性的影响.实验结果表明:通氧量与靶材中含氧比例存在紧密联系,本实验在氧流量为0 sccm,射频功率400 W,Ar气为0.7 Pa,溅射时间为2.5 h的条件下,制备的ZAO薄膜最小方块电阻为65Ω/□,薄膜表面略显黄色.     

氧化锌薄膜的电化学交流阻抗法研究

通过电化学交流阻抗技术对不同电流密度、沉积时间、电解液浓度和溶液温度下制备的氧化锌薄膜进行了表征,结果表明不同条件下制备的氧化锌薄膜的结构不尽相同,但基本上都是内层致密、外层疏松的双层结构.     

等离子体增强化学气相沉积法制备氧化锌薄膜

通过引入金属有机源——二乙基锌和二氧化碳,用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)的方法在低温下制备高质量(002)取向的氧化锌薄膜,详细研究了衬底温度对薄膜质量的影响.实验发现,衬底温度对氧化锌的取向性和晶粒的大小都有显著的影响.随着温度的提高,氧化锌的取向性增强,温度为230℃时得到单一(002)取向的六角结构的氧化锌薄膜,其XRD的半高宽为0.26.°从其透射谱可以观察到典型的激子吸收线,从光致发光谱上可以观察到一个强而窄(半高宽度大约为125 m eV)的3.26 eV紫外激子发射.     

Mg2 掺杂ZnO薄膜制备及性能研究

通过溶胶-凝胶法,运用提拉技术在普通玻璃衬底上镀制出掺Mg2+的ZnO薄膜。通过测前驱物的热重-差热(TG-DTA)分析了前驱物的失水和分解的温度分别为100℃和280℃。采用显微照片和粗糙度照片可以看到薄膜质地均匀、致密。通过紫外-可见透射光谱(UV-VIS)可以看出掺镁ZnO薄膜的透过率在80%左右,具有较高的透过率。     

厚度对溶胶-凝胶法生长的ZnO薄膜光学性质的影响

利用sol-gel旋涂法在普通盖玻片上生长了ZnO薄膜,用光学透射谱、光致发光谱和原子力显微术研究了ZnO薄膜的光学性质和表面形貌.结果发现,在一定薄膜厚度范围内,紫外发光带和光学吸收边均随着薄膜厚度的减小而单调蓝移,且紫外发光强度递增,峰宽变大.综合光致发光谱、光学透射谱和薄膜表面形貌,对薄膜中晶粒尺寸、应力、缺陷等对光学性质的影响进行了讨论.