粉末溅射制备N-In共掺p型ZnO薄膜

在石英玻璃衬底上以ZnO∶ In2O3粉末为靶材,采用射频磁控溅射法制备出具有良好c轴择优取向的ZnO∶ In薄膜,继而对样品进行二次N离子注入掺杂,成功实现N-In共掺p型ZnO薄膜.借助XRD、Hall测试、XPS和透射谱测试手段研究分析了共掺ZnO薄膜的晶体结构、电学和光学性质.结果表明制备的薄膜具有较高的结晶质量和较好的电学性能,其空穴浓度、迁移率和电阻率分别达到4.04×1018 cm-3、1.35 cm2V-1s-1和1.15 Ωcm.X光电子能谱(XPS)分析显示在p型ZnO薄膜里存在N-In键和N-Zn键,表明In掺杂可以促进N在ZnO薄膜的固溶,有利于N元素在ZnO薄膜内形成受主能级.另外,制备的ZnO薄膜在可见光范围内有很高的透射率,最高可达90%.其常温下的禁带宽度为3.2 eV,相对本征ZnO的禁带宽度略有减小.     

磁控溅射制备In掺杂ZnO薄膜及NO2气敏特性分析

利用射频磁控溅射技术在玻璃衬底上成功制备了In掺杂的ZnO(ZnO∶In)薄膜。X射线衍射(XRD)和原子力显微镜(AFM)的研究结果显示所制备的ZnO∶In为纤锌矿的多晶薄膜,具有高度C轴择优取向。气敏研究结果表明ZnO∶In薄膜对NO2气体有较强的敏感性,最佳工作温度为273℃,其敏感度与薄膜的厚度和NO2气体的体积分数有关。ZnO∶In薄膜对较高体积分数的NO2气体的灵敏度较高,而薄膜比厚膜的灵敏度高,厚度为90 nm的薄膜在273℃时对体积分数为2×10-5的NO2气体的敏感度高达16,表明ZnO∶In薄膜具有检测较低体积分数NO2的能力。     

In掺杂ZnO薄膜的制备及结构特性研究

通过射频反应共溅射法在硅衬底上制备了不同In掺杂量的ZnO薄膜,表征了薄膜的结构和表面形貌,研究了In掺杂量对ZnO薄膜的结构特性的影响.掠角X射线衍射分析结果表明制备的样品为ZnO薄膜,θ-2θ X射线衍射分析结果表明样品具有小的应力和C轴择优取向;原子力显微镜测试结果表明样品的颗粒大小和应力同其(002)衍射峰强度有关.薄膜具有较低的电阻率(10-1～100Ω穋m).当In掺杂量为3%时,样品的(002)衍射峰强度最高、压应力较小(7.3×108 N/m2).     

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.     

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。     

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.     

磁控溅射制备In掺杂ZnO薄膜及NO2气敏特性分析

利用射频磁控溅射技术在玻璃衬底上成功制备了In掺杂的ZnO(ZnO∶In)薄膜。X射线衍射（XRD）和原子力显微镜（AFM）的研究结果显示所制备的ZnO∶In为纤锌矿的多晶薄膜,具有高度C轴择优取向。气敏研究结果表明ZnO∶In薄膜对NO2气体有较强的敏感性,最佳工作温度为273 ℃,其敏感度与薄膜的厚度和NO2气体的体积分数有关。ZnO∶In薄膜对较高体积分数的NO2气体的灵敏度较高,而薄膜比厚膜的灵敏度高,厚度为90 nm的薄膜在273 ℃时对体积分数为2×10-5的NO2气体的敏感度高     

氧分压对CU掺杂ZnO薄膜的结构及光学特性的影响

采用射频磁控溅射方法在玻璃衬底上制备了不同氧分压的Cu掺杂ZnO(ZnO∶Cu)薄膜.利用X射线衍射(XRD)、原子力显微镜(AFM)、紫外-可见分光光度计和光致荧光发光(PL)等表征技术,研究了不同氧分压对Zno∶Cu薄膜的微观结构和光学特性的影响.研究结果显示,随着氧分压的增加,薄膜的(002)衍射峰先增强后减弱,同时(100)、(101)和(110)衍射峰在(002)衍射峰增加时减小,表明氧分压可以影响ZnO∶Cu薄膜的结晶取向.薄膜在紫外-可见光范围的透过率超过70%,同时随着氧分压的增加,薄膜的光学带隙值先增大后减小.通过对光致发光的研究表明,射频磁控溅射法在低氧和高氧环境条件下都可制得好的发光薄膜.     

H2/(Ar+H2)流量比对AZO薄膜结构及光电性能的影响

在Ar+H2气氛下,用RF磁控溅射法在室温下制备Al掺杂的ZnO(AZO)薄膜,研究H2/(Ar+H2)流量比对薄膜结构和光电性能的影响。结果表明,在沉积气氛中引入H2可以提高AZO薄膜的结晶质量,降低AZO薄膜的电阻率,提高其霍尔迁移率和载流子浓度;H2/(Ar+H2)流量比为5%时,AZO薄膜的最小电阻率为1.58×10-3Ω.cm,最大霍尔迁移率和载流子浓度分别为13.17cm2.(V.s)-1和3.01×1020 cm-3;AZO薄膜在可见光范围内平均透光率大于85.7%。     

常压固相烧结法制备ZAO靶材及其性能的研究

采用常压固相烧结法,通过优化烧结工艺,制备出平整、组织均匀、致密的ZAO靶材.研究了掺杂含量、烧结温度对陶瓷靶材微观结构和性能的影响,并使用自制靶材,采用射频磁控溅射法镀膜.结果表明:Al2O3的掺杂没有破坏ZnO晶体结构,Al原子对Zn原子进行有效替位;晶粒尺寸随着掺杂量的增多而减小;靶材的电阻率随掺杂量的增加呈U型变化,在3wt%时取得最小值4.2×10-2Ω.cm;靶材致密度超过96%.使用该靶材生长的多晶ZAO薄膜具有(002)择优取向,结晶均匀,呈柱状生长,薄膜电阻率和可见光平均透射率可分别达到8×10-4Ω.cm～9×10-4Ω.cm和85%.图9,表1,参14.     

掺镁氧化锌薄膜结构及其光学性质的研究

以氧化镁(MgO)掺杂的氧化锌(ZnO)陶瓷靶作为溅射靶材,采用射频磁控溅射方法在玻璃衬底上制备了掺镁ZnO(ZnO:Mg)薄膜样品.通过X射线衍射仪和可见-紫外光分光光度计的测试表征,研究了溅射时间对ZnO:Mg薄膜晶体结构和光学性质的影响.结果表明:ZnO:Mg薄膜的结构和性能与溅射时间密切相关.随着溅射时间的增加,ZnO:Mg薄膜(002)晶面的织构系数减小、(110)晶面的织构系数增大,对应的可见光波段的平均透过率降低.溅射时间为15 min时,ZnO:Mg薄膜样品具有最佳的(002)择优取向生长特性和最好的透光性能.同时ZnO:Mg薄膜样品的禁带宽度随溅射时间增加而单调增大.与未掺杂ZnO薄膜相比,所有ZnO:Mg薄膜样品的禁带宽度均变宽.     

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.     

Dy3+和La3+掺杂ZnO薄膜的特点及其气敏传感特性

采用真空蒸发的方法制备了掺杂原子比为3%、5%和9%的La掺杂和Dy掺杂的ZnO薄膜.用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)谱和X射线光电子能谱(XPS)表征了所制得的ZnO薄膜的特性.发现所有薄膜都沿C轴取向优先生长.在对ZnO薄膜气敏特性的测量中,在低温条件下掺杂ZnO薄膜的电阻比非掺杂ZnO薄膜的小,且对乙醇和丙酮的灵敏度显著增强,且其中Dy掺杂的ZnO薄膜的气敏特性较La掺杂的ZnO薄膜为高.而空气中暴露9个月后的薄膜的气敏特性表明掺杂ZnO薄膜具有很好的稳定性.同时讨论了气敏传感机制和掺杂行为对薄膜灵敏度的影响.     

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%。     

磁控溅射法制备的不同浓度Cr掺杂ZnO薄膜磁性研究

采用磁控溅射法在硅片上制备Cr掺杂ZnO薄膜材料,通过控制共溅时间来控制掺杂浓度.晶体结构分析表明所有样品均为ZnO纤锌矿结构,没有观测到其他杂相峰.Cr掺杂ZnO薄膜具有c轴择优取向.磁性测试结果表明,不同浓度Cr掺杂ZnO薄膜具有室温铁磁性.掺杂浓度1%薄膜磁性最强,室温饱和磁化强度为0.53μB/Cr.随着掺杂浓度增大,样品磁性减弱,主要是由于掺杂浓度增大反铁磁交换作用增强.     

Cu-Cd共掺杂ZnO电子结构与光学性质的第一性原理计算与分析

基于密度泛函理论系统下的第一性原理,对纯ZnO,Cd掺杂ZnO,Cu掺杂ZnO,Cu-Cd共掺杂以及Cu-2Cd共掺杂ZnO五个超晶胞模型分别进行几何结构优化;计算和分析了各体系的晶胞结构,能带结构,态密度以及光学性质方面的介电函数虚部,吸收率和反射率.研究结果表明:Cu,Cd单掺杂可提高ZnO的载流子浓度,改善ZnO的导电性;但Cu和Cd共掺杂ZnO时,体系的E更低,状态更加稳定.光学性质方面:Cd掺杂时,紫外区边发生红移,吸收系数略增大;当Cu单掺以及Cu和Cd共掺杂ZnO,体系在可见光和紫外波段吸收系数明显增大,使得ZnO光催化性能提升;结合Cu和Cd单掺杂的特性,说明当Cu和Cd共掺杂ZnO时,控制Cd的掺杂浓度,半导体会产生不同的透光率,因此控制Cu-Cd的比率来掺杂ZnO可用于制作不同效率的光透性器件.     

溅射功率对掺铝氧化锌薄膜光电学性质的影响

利用射频磁控溅射在BK-7玻璃基片上沉积掺铝氧化锌薄膜,研究溅射功率对薄膜光电性能的影响.当溅射功率从250 W增加到400 W时,X射线衍射的结果发现,250 W制备的薄膜只有(002)衍射峰,而300 W以上的样品则出现了新的(101)衍射峰;而且随着溅射功率的增加,(002)峰的强度减弱,(101)峰的强度增强.薄膜的厚度随溅射功率的增加而变厚,电阻率随溅射功率的增加而减小,从200 W功率时的24.6×1-0 4Ωcm减小到400W时的7.2×1-0 4Ωcm.样品在可见光区域的平均光学透射率都大于85%,其光学带隙随载流子浓度的减小而减小.     

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.     

IWO缓冲层对MOCVD-ZnO:B薄膜性能的影响研究

金属有机化学气相沉积(MOCVD)技术生长的绒面ZnO透明导电(ZnO-TCO)薄膜应用于Si基薄膜太阳电池上能够形成"陷光结构",以提高薄膜太阳电池效率和稳定性。本文将电子束反应蒸发技术生长的掺W的In2O3(In2O3:W,(IWO)薄膜作为缓冲层,应用于MOCVD-ZnO:B薄膜与玻璃之间,可促进ZnO:B薄膜的生长,并且有效提升薄膜的光散射特性。当IWO缓冲层厚度为20nm时,获得的IWO/ZnO:B薄膜的电阻率为2.07×10-3Ω.cm,迁移率为20.9cm2.V-1.s-1,载流子浓度为1.44×1020 cm-3;同时,薄膜具有的透过率大于85%,且在550nm处绒度较ZnO:B薄膜提高了约9.5%,在800nm处绒度较ZnO:B薄膜提高了约4.5%。