磁控溅射制备AlN过渡层ZnO薄膜及其性能研究

大量研究表明ZnO薄膜已在气敏器件、表面声波器件和压敏器件等方面得到较为广泛的应用。由于Si与ZnO的晶格常数及热膨胀系数的失配度均很大,难以实现高质量ZnO薄膜的外延生长,采用中间缓冲层是一种值得研究的工艺。由于AIN的晶格结构与ZnO相同,所以可作为生长高质量ZnO薄膜的缓冲层,并改善ZnO/AlN界面结构。实验采用射频磁控溅射制备了ZnO/AlN双层膜,研究了薄膜的结构和形貌。结果表明,相比于相同工艺下制备的ZnO/Si薄膜,双层膜的生长取向依然是(002),应力减小,结晶质量更好。     

C轴择优取向ZnO薄膜的微区压电特性分析

采用激光脉冲沉积系统在Si(100)衬底上制备了ZnO薄膜.利用X射线衍射方法对其结构进行了表征,结果表明,所制备的ZnO薄膜具有优良的c轴取向和高质量的结晶度.采用扫描隧道显微镜测得ZnO薄膜微区的压电常数d33大约为13.8pm/V.并根据微区压电特性与ZnO薄膜的生长具有极性的特点对薄膜的生长机理进行了研究.得出了ZnO的生长方向为[0001],从而证实了ZnO薄膜生长过程中(0001)Zn面是易生长面.     

不同衬底生长ZnO薄膜的结构与发光特性研究

采用射频磁控溅射方法分别在蓝宝石(Al2O3)(0001)和硅(100)衬底上制备ZnO薄膜．通过X-光衍射测量与分析表明两者都沿C轴方向生长，在Al2O3衬底上的ZnO薄膜结晶质量优于在Si衬底上的薄膜样品．然而，由原子力显微镜观测发现在Al2O3衬底上的薄膜晶粒呈不规则形状，且有孔洞，致密性较差；而在Si衬底上的ZnO薄膜表面呈较规则的三维晶柱，致密性好．光致发光测量表明，不同衬底上生长的ZnO薄膜表现出明显不同的发光行为．     

Si衬底上生长ZnO薄膜成熟化的研究

用电子束反应蒸发(REBE)方法在Si和白宝石衬底上低温生长了ZnO晶体薄膜.测量结果表明ZnO晶粒具有类柱状的生长特性,并且首次发现Si基ZnO外延层生长的Ostwald"成熟化"(ripening)过程.研究结果还表明这种"成熟化"出现和衬底结构有关,而且"成熟化"并不影响薄膜的生长取向;光荧光激发光谱(PLE)测量显示,在330～350 nm区域有一个较宽的荧光激发峰,该宽峰跟掩埋在外延层内部的2种尺寸的ZnO量子点有关.     

压电悬臂梁式微型电场传感器的设计与制备

提出并研制一种新型压电悬臂梁式微型电场传感器,该传感器是基于压电(PZT)薄膜驱动的悬臂梁式微型电场传感器;同时介绍了传感器的工作原理、结构设计、制作工艺以及初步测试结果。该微型电场传感器由多根压电悬臂梁构成,每根悬臂梁能同时具有屏蔽电场和感应电荷功能。对传感器感应电荷的能力进行了计算;并根据计算结果和工艺要求设计了传感器的参数。该微型电场传感器采用微加工技术制作,每根悬臂梁为多层复合结构(Al/Si3N4/Pt/PZT/Pt/Ti/Si O2/Si),其中PZT薄膜采用溶胶-凝胶法制备。测试结果证明,传感器具有良好的响应特性。     

氧离子束辅助激光淀积生长ZnO/Si的XPS研究

利用X射线光电子能谱深度剖析方法对ZnO/Si异质结构进行了分析，用该法可生长出正化学比的ZnO，不过生长的ZnO薄膜存在孔隙，工艺还有待进一步改进。     

磁控溅射法生长ZnO薄膜的结构和表面形貌特性

采用射频磁控溅射方法,在Si(111)和玻璃基片上制备ZnO薄膜.研究衬底温度和基片类型对薄膜结构、表面形貌的影响.结果显示,所有ZnO薄膜沿c轴择优生长,同种基片类型上生长的薄膜,随着衬底温度升高,(002)衍射峰强度和表面粗糙度增高;相同衬底温度下生长的ZnO薄膜,Si基片上制备的薄膜(002)衍射峰强度和表面粗糙度小于玻璃片上的.基片类型影响薄膜应力状态,玻璃片上制备的ZnO薄膜处于张应变状态,Si基片上的薄膜处于压应变状态;对于同种基片类型上生长的ZnO薄膜,衬底温度升高,应力减小.Si衬底上、300℃下沉积的薄膜颗粒尺寸分布呈正态.     

磁控溅射生长AlN钝化层的研究

测得AlN和Si3N4介质钝化后的AlGaN/GaN异质结的高频C-V（电容-电压）曲线,由此计算钝化层与AlGaN势垒层界面电荷面密度,发现AlN钝化层与势垒层界面的电荷面密度较Si3N4更大,同时AlN钝化层薄膜含有的可移动离子数目更多.根据I-V（电流-电压）曲线讨论了用磁控溅射技术生长的AlN钝化薄膜质量,发现AlN薄膜绝缘性不够好,可能是在室温磁控溅射生长过程中从靶材溅射出的Al原子未能与N2充分反应,导致沉积的AlN薄膜不够致密,含有的电子隧穿通道多.因此可改善反应条件以提高AlN薄膜质量.     

TiN缓冲层厚度对立方AlN薄膜显微组织结构的影响

为了提高亚稳立方Al N薄膜的外延质量,采用激光分子束外延法,以Ti N为缓冲层在Si(100)衬底上制备立方Al N薄膜,主要研究了Ti N缓冲层厚度对立方Al N薄膜结晶质量和表面形貌的影响。结果表明,以Ti N为缓冲层可制备出高取向度的立方Al N薄膜,当缓冲层沉积时间为30 min时,立方Al N薄膜的结晶质量最好,表面最平整。     

太阳能电池片上生长ZnO/Al薄膜电极的研究

太阳能电池片上生长ZnO/Al薄膜电极的研究属于新型透明导电材料领域,具体涉及一种在未引入电极的太阳能电池片上制备ZnO/Al薄膜的方法。以未引入电极的太阳能电池片为基片,清洗后送入磁控溅射反应室,以纯Al为靶材进行磁控溅射得到20~300nm厚的Al薄膜,然后将基片置于气相沉积室内同时通入氧气和携带有Zn(CH2CH3)2的氩气,沉积得到50~600nm厚的ZnO薄膜,最后在氧气气氛下,于400~600℃对载有ZnO和Al薄膜的基片退火处理,得到ZnO/Al薄膜。制备工艺简单,沉积过程易于控制,透明导电薄膜的均匀性好,光电性能优异,以此作为太阳能电池的背电极,替代传统的铝金属电极,进一步提高了太阳能电池的转化效率。     

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%。     

缓冲层对AZO薄膜的性能影响

采用射频磁控溅射法分别在ZnO缓冲层和Al2O3缓冲层上制备Al掺杂ZnO(AZO)薄膜,利用X射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、紫外-可见分光光度计、霍尔测试仪等仪器对薄膜的光电特性进行表征.XRD分析结果表明,加入缓冲层的薄膜具有更好的c轴择优取向,薄膜的表面平整,结晶质量有所改善,薄膜在可见光范围内的平均透过率超过80%.引入ZnO缓冲层制备的AZO薄膜的最低电阻率为5.8×10-4 Ω·cm,导电性能得到明显提高.     

Nd及其与Fe,Mn共掺杂ZnO薄膜的结构与发光特性

采用射频磁控溅射技术在Si(111)衬底上制备了未掺杂ZnO薄膜和Nd及其与Fe,Mn共掺杂ZnO薄膜.通过XRD分析表明,未掺杂ZnO薄膜沿c轴择优生长,掺杂ZnO薄膜偏离了正常生长,薄膜为纳米多晶结构.应用AFM观测所有薄膜的表面形貌,掺杂使ZnO薄膜表面粗糙.室温光致发光谱显示,薄膜出现了395nm的强紫光和495 nm的弱绿光带.Nd掺杂ZnO薄膜的PL谱线峰值强度减弱,Nd与Fe,Mn共掺杂ZnO薄膜的PL谱线峰值强度增强,分析了掺杂引起PL峰强度变化的原因.     

应用射频磁控溅射方法制备声表面波器件用ZnO薄膜

采有RF平面磁控溅射技术在单昌Si(100)衬底上淀积了ZnO薄膜。对退火前后ZnO薄膜的结构特性、化学组份以及缺陷特性进行了详细的研究。结果表明：在纯氧中高温退火（600℃）是改善ZnO压电薄膜的结构特性、化学组份并减少缺陷的良好方法。     

钕、镧掺杂氧化锌薄膜的制备及形貌

通过射频磁控溅射技术在Si(111)衬底上制备了Nd,La掺杂的ZnO薄膜.应用XRD分析了所制备薄膜的微结构,Nd,La掺入了ZnO晶格,没有改变ZnO薄膜的结构,薄膜为沿(100),(101)方向生长的纳米多晶结构.通过AFM观测与分析表明,Nd,La掺杂ZnO薄膜的表面形貌粗糙,呈现拱形.Nd3+离子与La3+离子4f轨道上电子数不同可能是Nd,La掺杂ZnO薄膜生长差异的主要原因.     

Al掺杂对ZnO薄膜晶体结构的影响

采用溶胶-凝胶工艺在Si(111)衬底上制备了ZnO薄膜,利用X射线衍射仪对薄膜的晶体结构进行了分析讨论.结果表明,当掺杂量Al3 浓度增大时,晶体产生的张应力使晶格常数变大,衍射峰向小角度方向移动;相反,当Al3 浓度减小时,压应力使衍射峰向大角度方向移动.     

脉冲激光沉积Eu~(3+)掺杂ZnO薄膜及发光性能研究

利用脉冲激光沉积方法,不同沉积条件下在SiO_2/Si、蓝宝石单晶和石英玻璃3种衬底上制备了c轴择优取向的Eu~(3+)掺杂ZnO(Eu:ZnO)薄膜.以SiO_2/Si为衬底,具体研究了衬底温度、氧压、激光重复频率及沉积时间对Eu:ZnO薄膜结晶质量和荧光性能的影响.发现沉积条件相同时,在蓝宝石和SiO_2/Si衬底上制备的薄膜结晶质量好于石英玻璃衬底上的.利用273nm波长的氙灯泵浦,室温下所有样品的光致荧光谱中都测得了稀土Eu~(3+)在616nm附近的特征发光峰,而且在蓝宝石衬底上生长的Eu:ZnO薄膜的荧光强度最强.     

金刚石声表面波器件的研制

对ZnO／IDT／金石多层结构高频声表面波滤波器进行模拟设计、样件制备和测量．利用热丝化学气相沉积方法，在抛光Si基底沉积致密、光滑的CVD金刚石膜；采用磁控溅射法在金刚石薄膜上制备C轴取向的氧化钎压电薄膜．研制的ZnO／IDT／金刚石／硅结构SAW滤波器，又指换能器（IDT）指宽1．7μm，SAW滤波器频率达到1．4GHz．     

RF磁控溅射法在Si衬底上生长ZnO薄膜界面的XPS研究

采用RF磁控溅射方法在Si衬底上生长ZnO薄膜. XRD测量结果表明, ZnO薄膜为c轴择优取向生长的. 对ZnO薄膜进行了XPS深度剖析及测试. 测试结果表明, 在未达到界面时ZnO均符合正化学计量比, 是均匀的单相膜, 表明该方法具有较好的成膜特性. 在界面处, Zn的俄歇修正型的化学位移及俄歇峰峰型的变化、 Zn_2p3/2与Zn_LMM峰积分面积比值的变化、 Si_2p峰 的非对称性, 均表明Si与ZnO的界面处有明显的成键作用. 在界面处, n型Si反型为p型.     

衬底对溶胶-凝胶法制备ZnO薄膜晶体结构和发光特性的影响

采用溶胶-凝胶(Sol-Gel)旋涂法在Si(100)和熔石英衬底上制备ZnO薄膜,利用X射线衍射(XRD)、光致发光谱(PL)等手段分析得到ZnO薄膜的晶体结构和发光特性.结果表明,在Si(100)衬底上制备的ZnO薄膜呈现沿各个晶面自由生长的特性,而熔石英衬底上制备的样品呈现沿c轴择优取向生长的特性.