磁控溅射制备参数对 ZnO:Al电学性能的影响

ZnO:Al(ZAO)透明导电薄膜是一种n型半导体,有高的载离子浓度和大的光学禁带宽度,具有优异的电学和光学性能,有极广的应用前景.本文介绍了ZAO薄膜的广泛用途和今后研究的趋势,并着重分析了磁控溅射制备参数对电学性能的影响.     

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%。     

衬底温度对ZnO：Al薄膜结构和光透过性能的影响

利用超声喷雾热解方法以不同的沉积温度（450～530℃）在石英衬底上制备出具备较高光学质量的ZnO：Al（AZO）薄膜.通过X射线衍射谱（XRD）研究了薄膜的结构,用扫描电子显微镜（SEM）研究了薄膜的表面形貌,用紫外可见（UV）分光光度计对薄膜的光透过特性进行了测试分析.结果表明：所制备薄膜在可见波段具有较高透过率,并且沉积温度对AZO薄膜的结构和光透过性能有很大影响.在衬底温度为470℃时得到的AZO薄膜具有（002）择优取向,结晶质量最好、光透过率最高,在可见光区平均透过率达到85%以上.     

ZAO透明导电纳米薄膜中Al元素分布对其性能的影响

主要对直流反应磁控溅射法制备ZAO纳米薄膜中Al元素的相对含量进行了分析,对其作了EDS,XRD测试,并研究了Al质量分数与ZAO薄膜的光、电性能的关系·得出ZAO薄膜中成分是均匀的,具有ZnO晶体结构;Al元素的掺杂没有形成新的化合物(Al2O3),Al对Zn的掺杂替换是提高ZAO薄膜导电性能的关键因素,对薄膜在可见光区的透射性影响不大·制备的薄膜最低电阻率为4 5×10-4Ω·cm,可见光透射率达到80%以上·     

络合剂对ZnO薄膜的结构及其光催化性能的影响

采用溶胶-凝胶技术,以醋酸锌为前驱体,分别以乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺为络合剂,在玻璃载玻片上制备了ZnO薄膜。利用X射线衍射(XRD)、原子力显微镜(AFM)、紫外-可见(UV-Vis)吸收光谱和X射线光电子能谱(XPS)等技术研究了以不同络合剂制备的ZnO薄膜的结构、表面形貌和光吸收性能以及表面化学态。以浸渍在ZnO薄膜表面的亚甲基兰为目标降解物评价薄膜的光催化活性。结果表明,乙醇胺为络合剂制备的ZnO薄膜具有良好的c轴择优取向,主要是由较小的晶粒扩散距离所致;以二乙醇胺为络合剂制备的ZnO薄膜显示较高的光催化活性,可能是由相对较好的光吸收性能以及较多的氧缺陷所致。     

稀土钇-铝共掺杂氧化锌透明薄膜光学性能研究

采用溶胶-凝胶浸渍提拉法制备出纳米钇-铝共掺杂氧化锌(Y-AZO)透明薄膜，利用XRD、EDX、SEM、UV-Vis测试对薄膜进行了表征.结果表明:Y-AZO晶粒为六角纤锌矿结构，当Al的掺杂量高于或等于Y的掺杂量、退火温度为500℃时可以得到不含杂质的均匀透明的薄膜，且薄膜在400~780 nm 可见光范围内平均透过率在87%以上.     

铝掺杂氧化锌薄膜的光学性能及其微结构研究

以氧化铝(Al2O3)掺杂的氧化锌(Zn O)陶瓷靶作为溅射靶材,采用射频磁控溅射工艺在玻璃基片上制备了具有c轴择优取向的铝掺杂氧化锌(Zn O:Al)薄膜样品.通过可见-紫外光分光光度计和X射线衍射仪的测试表征,研究了生长温度对薄膜光学性能及其微结构的影响.实验结果表明:薄膜性能和微观结构与生长温度密切相关.随着生长温度的升高,样品的可见光平均透过率、(002)择优取向程度和晶粒尺寸均呈非单调变化,生长温度为640 K的样品具有最好的透光性能和晶体质量.同时薄膜样品的折射率均表现为正常色散特性,其光学能隙随生长温度升高而单调增大.与未掺杂Zn O块材的能隙相比,所有Zn O:Al薄膜样品的直接光学能隙均变宽.     

Structure,optical, and magnetic properties of Mn-doped ZnO films prepared by sputtering

The microstructural, optical, and magnetic properties and room-temperature photoluminescence (PL) of Mn-doped ZnO thin films were studied. The chemical compositions were examined by energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS) and the charge state of Mn ions in the ZnO:Mn films was characterized by X-ray photoelectronic spectrometry (XPS). From the X-ray diffraction (XRD) data of the samples, it can be found that Mn doping does not change the orientation of ZnO thin films. All the films prepared have a wurtzite structure and grow mainly along the c-axis orientation. The grain size and the residual stress were calculated from the XRD results. The optical transmittance of the film decreases with the increase of manganese content in ZnO. The room-temperature photoluminescence of the films shows that the intensity of near band energy (NBE) emission depends strongly on the Mn content. The hysteresis behavior indicates that the films with the Mn content below 9at% are ferromagnetic at room temperature.     

直流磁控溅射制备透明导电ZAO薄膜退火处理时间的研究

为改进太阳能薄膜材料制备工艺,利用直流磁控溅射方法,在较高氩气压强——12.7 Pa下制备出透明导电掺铝ZnO(ZAO)薄膜,并对其进行退火处理时间的研究。与其他研究者不同,利用较高压强也制备出高性能ZAO薄膜,并且可以利用退火处理改善薄膜的晶体结构、内应力、表面形貌以及光电性能。薄膜的电阻率随着退火时间的增加而降低,从原位沉积时的3.5×10-3Ω.cm,下降到1.9×10-3Ω.cm;薄膜的平均透光率增加到80%以上,光谱吸收边发生蓝移。结果表明,退火2 h,ZAO性能改善最优。     

Structural and optical properties of Cr doped ZnO crystalline thin films deposited by reactive electron beam evaporation technique

ZnO and Cr-doped ZnO thin films are grown on to glass substrates using reactive electron beam(e-beam) evaporation technique.Variation of structural,morphological,and optical properties with Cr doping is investigated.X-ray diffraction(XRD) studies show that the films are polycrystalline in nature with single phase.Energy dispersive spectroscopy(EDS) results demonstrate that Cr ions are substitutionally incorporated into ZnO.Atomic force microscopy(AFM) reveals that the films present a compact surface and root mean squared(RMS) roughness increased with Cr contents.The optical band gap energy Eg of the films has been determined using Transmission data by spectrophotometer and ellipsometry.The band gap energy found to be decreased with increasing Cr doping concentration.The optical constants(refractive index,extinction coefficient) are calculated using ellipsometry and found to increase with Cr doping concentration.     

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.     

沸腾回流法制备Al元素掺杂ZnO及表征

采用液相沸腾回流法,制备出不同含量Al元素掺杂的ZnO半导体材料,并对产物进行了XRF,XRD,SEM及其导电性能的表征.实验结果表明:Al元素掺杂后产物ZnO的结构仍然为六方晶系纤锌矿结构;Al元素掺杂量不是无限增大的,当Al元素掺杂量达到24.0 mmol/L时,就会趋于饱和;Al元素掺杂的ZnO的导电性能比纯ZnO有所提高,因此证明了这是一条比较优化的工艺合成路线.     

ZnO纳米片薄膜的合成、表征及其光学性质

采用水热法在修饰有ZnO种子层的石英玻璃衬底上制备出ZnO纳米片薄膜。利用场发射扫描电子显微镜、X射线衍射仪、透射电镜和荧光光谱仪对样品的形貌、结构和光致发光性质进行表征和分析,探讨了其形成机理。结果表明,制备的ZnO纳米片为六方纤锌矿型单晶结构,具有沿<101ˉ0>方向的择优取向,其室温下的光致发光谱由尖锐的紫外发光峰(380 nm处)和较宽的可见发光带组成,其中可见光发射可以拟合为中心分别位于550、620和760 nm处的3个发光峰。     

溶胶-凝胶法制备ZnO及Fe掺杂ZnO薄膜及其表征

采用溶胶-凝胶法在玻璃基体上制备了ZnO和Fe掺杂ZnO薄膜,并通过扫描电子显微镜、原子力显微镜、X射线衍射仪和紫外-可见分光光度计对所制备薄膜的表面形貌、结构和光学性能进行分析。结果表明,2种薄膜均表面光滑,为沿(101)晶面取向的纤锌矿结构;与ZnO薄膜相比,Fe掺杂ZnO薄膜表面更光滑,且晶粒尺寸从58.512nm减小到36.460nm;另外,Fe掺杂后,沿(101)晶面的取向程度减弱,且禁带宽度由3.1eV增大到3.4eV。     

非晶硅薄膜的制备及晶化研究

采用磁控溅射技术首先在玻璃基片、单晶硅片上溅射非晶硅薄膜再在其表面溅射铝膜,并用快速退火炉在不同温度下进行退火。利用台阶仪、拉曼散射光谱(Raman)仪和X射线衍射(XRD)仪对薄膜进行性能表征。结果表明:在功率120W,气压1.5～2.5pa,时间为3.5～4.5h的条件下可制备得非晶硅薄膜,Al诱导能降低晶化温度,并在500～600℃间存在一最佳晶化温度。     

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.     

一种三明治结构透明导电薄膜的制备及光电性能

采用直流磁控溅射法制备了ZAO/Cu/ZAO多层透明导电薄膜,研究了参铝氧化锌(ZAO)薄膜厚度对多层膜晶体结构和光电特性的影响.用X射线衍射仪、原子力显微镜、紫外可见光分光光度计及四探针对样品的晶体结构与光电性能等进行了表征.结果表明,多层膜的平均透过率最高达86%,方块电阻达9/sq;ZAO膜层厚度对多层膜的导电性能影响很小,但严重影响可见光透过率;多层膜中的ZAO层仍呈ZnO晶态结构,且具有明显的c轴取向特征.这种三明治结构是一种性能优良的太阳能透明导电层候选材料.     

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.     

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.     

低温生长纳米ZnO薄膜的结构

采用气体放电活化反应蒸发技术(GDARE),以玻璃为衬底,在较低的温度下沉积纳米ZnO薄膜,用二次蒸镀法克服薄膜生长饱和问题、有效增加膜厚及改善薄膜质量。讨论了GDARE法低温下沉积纳米ZnO薄膜的生长过程及成膜机理。由原子力显微镜(AFM)和X-射线衍射谱(XRD)分析薄膜表面形貌和晶体结构,研究结果表明,二次蒸镀法沉积的双层纳米ZnO薄膜具有更好的结晶质量及长期稳定性,薄膜沿C轴高度取向生长,内应力较小,晶粒尺寸均匀,平均粒径约35nm,表面粗糙度降低。