ZnO压电薄膜的制备与性能表征_许恒星
ZnO-ZnS复合薄膜的制备及光电性能研究
ZnO-ZnS复合薄膜的制备及光电性能研究ZnO/ZnS复合薄膜的制备及光电性能研究引言：随着纳米技术和光电材料的发展，复合薄膜材料在光电器件领域具有广泛的应用前景。
ZnO/ZnS复合薄膜作为一种新型的光电材料，在太阳能电池、光电探测器等领域展现出了良好的光电性能。
本文旨在研究ZnO/ZnS复合薄膜的制备方法以及其光电性能，并探讨其在光电器件中的应用前景。
制备方法：制备ZnO/ZnS复合薄膜的方法有多种，本研究选取了溶液法与刻蚀法相结合的方法进行制备。
首先，采用溶液法制备ZnO薄膜，将锌盐在有机溶剂中溶解并在基底上进行旋涂，形成ZnO 膜，然后将ZnO膜放入含有ZnS溶液的反应器中，在特定的气氛和温度下进行反应，使ZnS溶液在ZnO膜上析出形成ZnO/ZnS复合薄膜。
最后，对复合薄膜进行退火处理，以提高膜的结晶度和光电性能。
实验结果与讨论：通过扫描电子显微镜观察复合薄膜的形貌，发现ZnO/ZnS复合薄膜呈现出均匀致密的结构，表面光滑，并且具有较好的结晶性。
X射线衍射分析结果显示，复合薄膜的晶格结构为六方晶系，与ZnO和ZnS的晶格结构相吻合。
紫外-可见光谱表明，ZnO/ZnS复合薄膜在可见光范围内具有较高的透过率，并呈现出明显的吸收峰，显示出良好的光学特性。
此外，通过光电流-电压测试和光电转换效率测试发现，ZnO/ZnS复合薄膜在光电器件中具有较高的光电转换效率和稳定性。
应用前景：基于以上实验结果和分析，ZnO/ZnS复合薄膜具有良好的光电性能，可以广泛应用于太阳能电池、光电探测器等领域。
在太阳能电池中，ZnO/ZnS复合薄膜可用作阳极材料，具有高光电转换效率和较低的电荷复合速率。
在光电探测器中，ZnO/ZnS复合薄膜可用作光吸收层，具有高光吸收能力和较低的暗电流，能够实现高灵敏度的光电检测。
此外，由于制备方法简单、成本较低，ZnO/ZnS复合薄膜具有较高的工艺可行性和商业化前景。
结论：本研究成功制备了ZnO/ZnS复合薄膜，并对其光电性能进行了详细研究。
理科论文开题报告
理科论⽂开题报告理科论⽂开题报告范⽂ 在现在社会，需要使⽤报告的情况越来越多，报告中提到的所有信息应该是准确⽆误的。
在写之前，可以先参考范⽂，以下是⼩编精⼼整理的理科论⽂开题报告范⽂，仅供参考，希望能够帮助到⼤家。
理科论⽂开题报告篇1 论⽂题⽬：AMOLED像素驱动电路设计 ①项⽬研究的背景和意义 有机发光显⽰器（OLEDs）是当今平板显⽰器研究领域的热点之⼀。
与液晶显⽰器（LCD）相⽐，OLEDs具有低能耗、⽣产成本低（⽐液晶低20%～30%）、⾃发光、宽视⾓、⼯艺简单、成本低、温度适应性好、响应速度快等优点。
⽬前，在⼿机、PDA、数码相机等⼩屏显⽰应⽤领域OLEDs已经开始取代传统的LCD显⽰屏。
OLED显⽰器驱动⽅式可分为两种类型：⽆源矩阵OLED（Passive Matrix OLED，简称PMOLED）和有源矩阵OLED（Active Matrix OLED，简称AMOLED）。
PMOLED采⽤⾏列扫描的⽅式驱动相应的像素发光，具有结构简单，⽣产成本低的优点，但器件能耗⾼，分辨率有限，器件寿命和显⽰品质也⽆法同TFT—LCD相抗衡。
在AMOLED中，每个发光像素都有独⽴的TFT电路驱动，不存在交叉串扰问题，亮度、寿命以及分辨率等都较PMOLED有⼤幅提⾼。
由于显⽰器未来发展趋势是向着⾼精细画质应⽤，PMOLED驱动⽅式已⽆法满⾜要求。
因此，发展AMOLED驱动技术，解决有机发光显⽰器的“瓶颈”问题显得⽇益迫切。
像素驱动电路的设计是AMOLED显⽰器的核⼼技术内容，具有重要研究意义。
本项⽬致⼒于基于薄膜晶体管（TFT）的AMOLED显⽰器像素驱动电路的研究与实现。
②⼯作任务分析 ⽬前，应⽤于AMOLED的薄膜晶体管主要有⾮晶硅薄膜晶体管（a—Si TFT）和低温多晶硅薄膜晶体管（LTPS TFT），⼆者实现量产的优势最⼤。
a—Si TFT与LTPS TFT相⽐具有⼯艺简单、价格低、制备成品率⾼、关态漏电流⼩等优点。
ZnO压电薄膜的制备与性能表征_许恒星
图 3是 3个薄膜样品的 AFM图 , 扫描范围是 1000 nm×1000 nm。从图 3中可以看出 , 制备的 ZnO薄膜表
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人 工 晶 体 学 报
第 38卷
面结构致密 , 颗粒尺寸均匀 。 经分析 1号样品的表面粗糙度为 3.29 nm, 垂直于表面最高突起为 25 nm;2号样 品的表面粗糙度为 3.00 nm, 垂直于表面最高突起为 21.9 nm;3号样品的表面粗糙度为 3.64 nm, 垂直于表面最 高突起为 27.5 nm。相比之下 , 2号样品的薄膜表面相对平整 , 而 3号样品表面最为粗糙[ 14] 。而所测得的压电 系数中 , 2号样品的 d33值最大 , 3号样品最小 。由以上分析 , 表面粗糙度对薄膜压电性质有很大影响 , 一般来说 , 降低表面粗糙度 , 使薄膜表面更为平整致密 , 有利于提高其薄膜压电性质 。
(北京航空航天大学物理科学与核能工程学院 , 北京 100191)
摘要 :采用射频磁控溅射法在硅 (100)衬底上制备高质量的 ZnO压电薄膜 。 利用 X射线衍射仪 (XRD)、原子力显 微
镜 (AFM)、压电响应力显微镜 (PFM)等仪器研究了薄膜成分 , 表面形貌和压电性质 。 结果表明:实验制备的 ZnO薄膜
图 1为制备得到的 ZnO薄膜的 XRD图谱 。从图 1中
可以看出 , 在预定的工艺条件下 , 制备的薄膜均出现尖锐
的 ZnO(002)衍射峰 ,峰位在 2θ为 34.29 °, 表明实验制备 的 3个样品 都具有 c轴择 优取 向 。其 中 1号 样品 ZnO
(002)峰相对强度最小 , 2号样品的相对强度最大 , 说明 3
1 引 言
ZnO是一种Ⅱ-Ⅵ 族半导体材料 , 其结构为六方晶体结构 , 密度为 5.67 g/cm3, 晶格常数 a=0.32496 nm, c= 0.52065 nm。 室温下其禁带宽度是 3.3 eV, 是典型的直接带隙宽禁带半导体 。 ZnO的激子束缚能高达 60 meV, 更易在室温下实现高效率的激光发射 , 是一种在室温或更高温度下 , 具有很大应用潜力的短波长发光材料 [ 1] 。 在适当的掺杂下 , ZnO薄膜材料表现出很好的低阻特征和较高的光透过率 , 这一性能使得 ZnO成为一种很好的 透光窗口和透明电极材料 。 ZnO也是一种十分有用的压电薄膜材料 , 高质量的单晶或 c轴择优取向的多晶 ZnO 薄膜具有良好的压电性质 , 能够用来制备高频纤维声光器件及声光调制器等压电转换器 , 在光电通信领域得到 广泛的应用[ 2-5] 。
ZnO薄膜的制备及其特性研究的开题报告
ZnO薄膜的制备及其特性研究的开题报告一、选题背景氧化锌（ZnO）薄膜作为一种重要的无机半导体薄膜材料，具有广泛的应用前景，如太阳能电池、液晶显示器、发光二极管、激光器和传感器等领域。
当前，人们对ZnO薄膜的制备及其特性研究越来越关注，一方面是因为其物理、化学和电学性质的优异性，另一方面是因为其独特的结构和表面形貌，具备纳米级别的尺度效应，这些特性能够为其应用提供更广泛的选择和更大的灵活性。
因此，对ZnO薄膜的制备、性质及其应用进行深入研究有着更大的现实意义和科学价值。
二、研究目的该研究旨在制备高品质的氧化锌薄膜，研究其物理、化学和电学特性，进一步探究其在太阳能电池、液晶显示器、发光二极管和传感器等领域的应用潜力。
三、研究内容1. ZnO薄膜的制备方法研究：通过比较不同的制备方法，探究其对薄膜形貌、晶体结构、晶体质量和光学性能的影响。
2. ZnO薄膜的表面形貌及结构表征研究：利用扫描电子显微镜（SEM）和原子力显微镜（AFM）对制备的ZnO薄膜进行表面形貌的观察和分析，通过X射线衍射（XRD）对其晶体结构进行表征，以及拉曼光谱和傅里叶变换红外光谱（FTIR）对其晶体质量进行评价。
3. ZnO薄膜的光学性能研究：通过紫外可见吸收光谱（UV-Vis）和荧光光谱等光学测试方法，分析其光学性质和能隙以及激子的特性。
4. ZnO薄膜的电学性能研究：通过电学测试方法，如电阻率测试、霍尔效应测试、电容测试等，研究其电学性质及其载流子性质。
四、研究方法1. 制备ZnO薄膜：热蒸发法、溅射法、水热法等方法制备氧化锌薄膜。
2. 对ZnO薄膜的表面形貌和结构进行分析：使用SEM、AFM和XRD对其表面形貌和结构进行分析。
3. 对ZnO薄膜的光学特性进行测试：利用UV-Vis和荧光光谱分析其光学性质和能隙特性。
4. 对ZnO薄膜的电学特性进行测试：分别采取电阻率测试、霍尔效应测试、电容测试等方法，分析其电学性质及其载流子性质。
ZnO薄膜的制备及其光电学性质的研究的开题报告
ZnO薄膜的制备及其光电学性质的研究的开题报告一、研究背景及意义氧化锌（ZnO）是一种具有广泛应用价值的半导体材料，其具有优异的物理化学性质，如优良的电子传输性质、高稳定性、高透明性、阻尼性、生物相容性等。
因此，ZnO被广泛应用于化学传感器、光电器件、太阳能电池、发光二极管、光催化等方面。
其中，ZnO薄膜作为一种重要的功能材料，在这些应用领域中扮演着不可替代的作用。
随着现代材料科学的发展，研究ZnO薄膜的制备和光电学性质成为一个热点问题。
目前主要的制备方法有物理气相沉积、溅射、化学气相沉积、水热法、溶胶凝胶法、电化学沉积法等。
而光电学性质方面的研究则包括ZnO薄膜的光学、电学、磁学、表面化学等性质。
本课题将探讨一种新型的ZnO薄膜制备方法，并研究其光电学性质，旨在为ZnO薄膜的应用和性质研究提供新的思路和方法。
二、研究内容及方法本课题拟采用化学气相沉积法（CVD）制备ZnO薄膜。
该方法具有简单、高效、可控性好等特点，能够制备出高质量的ZnO薄膜。
在制备过程中，我们将对所用的气体流量、温度、压力等参数进行优化，以获得最佳的制备条件。
制备好的ZnO薄膜将通过一系列测试分析手段进行表征，包括X射线衍射、扫描电镜、透射电镜和拉曼光谱等。
同时，我们将研究其光电学性质，包括光学吸收、荧光发射、电学特性和光催化活性等。
其中，光催化活性将通过降解染料类污染物来评估。
三、预期成果及意义本课题预期获得高质量的ZnO薄膜，并对其进行全面的表征和分析。
同时，对ZnO薄膜的制备方法进行了优化改进，为后续研究提供了新的思路和方法。
通过对ZnO薄膜的光电学性质的研究，我们能够更深入地了解其物理化学性质，为其在化学传感器、光电器件、太阳能电池、发光二极管和光催化等领域的应用提供科学依据和实验数据。
浅谈ZnO薄膜的制备方法及其表征
空 的真空室 中通 入氩气 ， 氩气受 到强大 电场 的作 用 ， 被 电离 成 电子和正离 子 ， 在 电磁场 的作用 下带 电粒 子都会 发生运 动 ， 会 在靶材 附近发生 碰撞 ，。同时 正离子 在 电场 的作用下 ， 速度 被加 速 到
薄膜 方块电阻与薄膜 电阻率 的关系为 ： Ｐ：ｐ ｄ 。 所 以只要 测得 薄膜 厚度 ｄ就可 以通过 四探针测得 薄膜 的电阻率 。
当薄膜与衬底之间有 Ｐ—ｎ结 隔离 ， 或者 薄膜 电阻 率与衬 底 电阻率 相差很多时 ， 可以利用 四探针 来测量薄膜 的 电阻率 ，
所 以它还 是有一定的使用范 围的。
（ ｕ ｈ ｖ ） ＝ （ 砌 一Ｅ ）
化锌为直接 带隙半导体 ， 吸收系数 Ｏ ／ 满足方程式 ：
是 由安徽嘉 硕真空科 技 有限公 司 生产 的 Ｊ Ｓ Ｄ一３ ０ ０磁控 溅 射 镀膜机 。它 的基本原 理为 ， 将靶材 置于设 备 中的永久磁 铁 中， 这样靶材 的表面被 置于一 个很 强 的磁场 中， 与设 备 中通有 的
其原理是 改变探针与样品之间 的距 离来感测 来 自样 品表面 的 排斥力 以及 吸引力 ， 具体 的操 作是 把探 针放在 靠近样 品表面 的位置 ， 探针会感受到来 自样 品的吸引力 ， 当继续 减小探 针与
样 品之间的距 离时 ， 探 针会感 受 到来 自样 品 的排斥 力慢 慢变 强， 探 针一般会 由硅化 物与 针悬 臂 （ ｃ ａ ｎ ｔ ｉ ｌ ｅ ｖ ｅ ｒ ） 一 体成 型粘 连
２ ． ４ 四探 针 法
以较高 的动能脱 离靶 面 ， 然后在衬底 上沉 积成膜 。
２ 薄膜 的结 构及 性能 的表 征 方法
２ ． １ Ｘ射 线衍 射 分 析
p型zno薄膜的制备及特性研究
p型zno薄膜的制备及特性研究近年来，由于其特殊的光学性质，氧化锌（ZnO）受到了越来越多的关注，它的应用已经从传感器、新能源材料、光学元件到器件都发挥了重要作用。
见的ZnO薄膜主要有N型和P型，其中P型ZnO薄膜具有较大的电子迁移率，可以抑制有害物质的排放，减少对环境的污染。
此，P型ZnO薄膜的制备和性能研究受到了越来越多的关注。
P型ZnO薄膜的制备主要采用两种方法：一种是光热气相沉积（MOCVD）法，一种是溶胶-凝胶法（SG method）。
者可以获得较大晶格间隙的P型ZnO薄膜，而后者则具有低成本和易于操作的优势。
制备过程中，需要进行温度、氧含量和非晶转移率的控制，以确保P型ZnO薄膜的性能。
P型ZnO薄膜的性能取决于其结构。
的结构包括了结晶度、飞秒态、晶格尺度和缺陷密度等。
究发现，随着温度增加，P型ZnO薄膜的晶格尺度和结晶度也会增加，而缺陷密度会降低。
果在这个过程中注入的氧气的浓度足够高，那么可以减少ZnO薄膜的缺陷密度，从而提高它的电子迁移率。
在特性研究方面，P型ZnO薄膜在光学领域表现出良好的表现，它具有较高的发射效率和可见性，也具有较高的迁移率。
在电学性能方面表现出色，具有较高的隧穿电阻和抗氧化性能，能够抵抗氧化剂的影响。
外，也可以用来制备柔性薄膜，并具有良好的稳定性。
以上是关于P型ZnO薄膜的制备和性能的研究，它们在很多领域都有着重要的应用，比如光器件、传感器、新能源材料以及电子器件等。
未来，研究者将会继续完善P型ZnO薄膜的制备工艺，并不断改善其性能，从而推动P型ZnO薄膜在相关领域发挥更大作用。
总之，P型ZnO薄膜具有良好的光学性能和电学性能，同时具有良好的稳定性，可用于传感器、新能源材料、光学元件和器件制备等领域。
此，P型ZnO薄膜的制备和性能研究对可持续发展和环境保护具有重要意义。
ZnO薄膜的制备与性能研究
ZnO薄膜的制备与性能研究ZnO是众所周知的一种半导体材料，近年来，它的应用领域不断扩大，包括光电技术、传感器技术、气敏技术、生物技术等领域。
其具有较高的透明度、电阻率、热稳定性和高电子迁移率等优异特性，使得其在各个领域中拥有巨大市场前景。
在这些应用中，ZnO薄膜则是ZnO材料的重要组件之一。
本文主要探讨ZnO 薄膜的制备及其性能研究。
一、ZnO薄膜制备方法1.溶胶-凝胶法ZnO薄膜制备的一种常见方法为溶胶-凝胶法。
该方法主要涉及将预先制备好的ZnO溶胶放置于合适的基底上，然后通过热退火的方式完成ZnO薄膜的制备。
使用该方法，可以获得良好的薄膜质量和较大的薄膜面积，同时可以随意控制薄膜厚度。
2.物理气相沉积法物理气相沉积法是ZnO薄膜制备中最常用的方法之一。
其主要通过采用物理气相沉积设备将高温气体通入反应室，然后将蒸汽通过传输管道沉积在基底上完成ZnO薄膜的制备。
该方法具有制备ZnO晶体中空气杂质较少、晶粒精细等显著的优点。
3.MBE法MBE法是利用分子束外延设备在超高真空环境下生长晶体的方法。
该方法制备的ZnO薄膜具有非常高的晶体质量。
然而，需要难以实现的极限条件，如超高真空环境和较高的晶体表面温度。
二、ZnO薄膜性能研究1.光电性能ZnO薄膜是光学和电学交叉的半导体薄膜。
关于ZnO薄膜的光学性能，已有许多研究。
例如，有研究人员证实了ZnO条纹薄膜在光学上具有比等宽薄膜更高的透射比，这是由于条纹薄膜的形态依赖性的折射率引起的。
此外，ZnO薄膜具有优越的光电转换性能，可用于太阳能电池、传感器等领域。
2.气敏性能ZnO薄膜的气敏性能是其另一个重要的应用领域，具有广泛的市场前景。
研究表明，ZnO薄膜的气敏性能受到薄膜厚度、沉积温度和掺杂类型等多个因素的影响。
例如，掺杂ZnO薄膜的气敏性能不仅可以提高灵敏度，还可以增加电阻率等方面的特性。
3.化学性质关于ZnO薄膜的化学性质，研究人员通常需要从其表面性质、表面反应等多个方面进行分析。
ZnO薄膜的制备及其光学性质的研究
山东建筑大学硕士学位论文
关键词：ＺｎＯ薄膜，射频磁控溅射，光波导，Ｘ一射线衍射，ｃ轴取向
山东建筑大学硕士学位论文
Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ ｏｆ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ＺｎＯ Ｆｉｌｍｓ
ＡＢＳＴＲＡＣＴ
Ｚｉｎｃ ｏｘｉｄｅ（ＺｎＯ）ｉｓ ａｎ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ＩＩ－ＩＶ ｃｏｍｐｏｕｎｄ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｗｉｔｈ ａ ｗｉｄｅ ｄｉｒｅｃｔ ｂａｎｄ ｇａｐ ｏｆ ３．３ｅＶ ａｔ ｒｏｏｍ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｎｄ ａ ｌａｒｇｅ ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ ｂｉｎｄｉｎｇ ｅｎｅｒｙ ｏｆ ６０ｍｅＶ．ＺｎＯ ｆｉｌｍｓ ｈａｖｅ ｍａｎｙ ｒｅａｌｉｚｅｄ ａｎｄ ｐｏｔｅｎｔｉａｌ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ｉｎ ｍａｎｙ ｆｉｅｌｄｓ， ｓｕｃｈ ａｓ ｓｕｒｆａｃｅ ａｃｏｕｓｔｉｃ ｗａｖｅ ｄｅｖｉｃｅｓ，ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓ，ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ ｐｈｏｔｏｄｅｔｅｃｔｏｒｓ，ｌｉｇｈｔ ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｉｏｄｅｓ，ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ ｄｅｖｉｃｅｓ，ｇａｓ ｓｅｎｓｏｒｓ ａｎｄ ｐｌａｎａｒ ｏｐｔｉｃａｌ ｗａｖｅｇｕｉｄｅｓ，ｅｔｃ，ｄｕｅ ｔｏ ｔｈｅｉｒ ｅｘｃｅｌｌｅｎｔ ｏｐｔｉｃａｌ ａｎｄ ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ．Ｉｎ ｒｅｃｅｎｔ ｙｅａｒｓ，ｗｉｔｈ ｗｉｄｅｓｐｒｅａｄ ｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇ ｉｎ ｓｈｏｒｔ ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ ｄｅｖｉｃｅｓ，
ZnO薄膜的制备及其热辐射性能研究
Ｚ Ｏ 薄 膜 的制 备 及 其 热 辐 射 性 能 研 究 ｎ
张 杨 １ 陈 宏 。 赵 淑金 王 涛
（． 木斯 大 学 材 料 科 学与 工 程 学 院 ，黑 龙 江 佳 木 斯 １４０ １佳 ５０７； ２ 江 苏大 集 团有 限公 司 ，江 苏 南 京 ２ １１） ． １１２
Ｄ ｅ ｒ ｍｅ ｆＭ ａ ｅ ｉ ｌ ｃ ｅ ｃ ｎ ｇ ｎｅ ｒｎ ， ｉ ｍ ｕ ｉ Ｕｎ ｖ ｒ ｉｙ Ｊ ａ ｕ ｉ ４ ０ ，Ｃｈｉ ａ ｐａ ｔ ｎｔｏ ｔ ｒａ ｓ Ｓ ｉ ｎ ｅ ａ ｄ Ｅｎ ｉ ｅ ｉ ｇ Ｊ ａ ｓ ｉ ｅ ｓｔ ， ｉ ｍ ｓ １ ０ ７ ５ ｎ ；
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溶胶-凝胶法ZnO薄膜的制备及性能表征
溶胶-凝胶法ZnO薄膜的制备及性能表征辛春雨;张继德;刘成有;蒋大勇;秦杰明【摘要】Zinc oxide thin films were synthesized on glass substrates by means of sol-gel method. The X-ray diffraction (XRD) results show that the grain size increased with the increasing of annealing temperature, which was confirmed .by the morphology by atomic force microscopy (AFM). The UV-Vis results show that there is a stronger absorption on the near band edge of zinc oxide and the bandgap of the film at 600 °C by means of annealing treatment is 3. 23 eV. Room-temperature photoluminescence (PL) results show that all films show UV emission peak at 386. 5 nm, the deep level emission is restrained by the increase of annealing temperature.%采用溶胶-凝胶法在玻璃衬底上制备ZnO薄膜,X射线衍射(XRD)结果表明:晶粒尺寸随退火温度的升高而增大,与原子力显微镜( AFM)分析薄膜表面形貌的结果相符；UV-Vis吸收谱线表明,在ZnO带边吸收的位置出现较强的吸收,并得到600℃退火处理的薄膜禁带宽度为3.23 eV;室温光致发光谱表明,所有薄膜均在386.5 nm处出现一个紫外发射峰,当退火温度升高时,深能级发射受到抑制.【期刊名称】《吉林大学学报（理学版）》【年(卷),期】2012(050)001【总页数】4页(P122-125)【关键词】溶胶-凝胶法;ZnO薄膜;光学性能【作者】辛春雨;张继德;刘成有;蒋大勇;秦杰明【作者单位】白城师范学院物理系,吉林白城137000;白城师范学院物理系,吉林白城137000;通化师范学院物理系,吉林通化134001;长春理工大学材料科学与工程学院,长春130022;长春理工大学材料科学与工程学院,长春130022【正文语种】中文【中图分类】TN814氧化锌(ZnO)是一种宽禁带Ⅱ-Ⅵ族直接带隙半导体材料, 室温下禁带宽度为3.37 eV, 具有六角形纤锌矿结构, 晶格常数a=0.325 nm, c=0.52 nm, 室温下的激子束缚能为60 meV[1-2]. ZnO作为一种新型功能材料, 具有优异的光学、电学、化学和热学稳定性, 在紫外发射器件和紫外激光器件等领域具有广阔的应用前景[3-5]. 目前, ZnO薄膜的制备方法包括分子束外延(MBE)法、射频磁控溅射(RF)法、脉冲激光沉积(PLD)法、金属有机物化学气相沉积(MOCVD)法和溶胶-凝胶(sol-gel)法等[6-7], 其中sol-gel法的制备工艺简单、成本低、膜厚均匀, 易于在任意形状的基体上大面积成膜. 本文采用sol-gel法在玻璃衬底上制备ZnO薄膜, 并分析了不同退火温度处理对其结构、表面形貌和光学性能的影响.1 实验1.1 薄膜的制备选用二水合乙酸锌(Zn(CH3COO)2·2H2O)作为前驱体, 无水乙醇作为溶剂, 单乙醇胺作为稳定剂, 所用试剂均为分析纯. 称取定量的Zn(CH3COO)2·2H2O溶于无水乙醇中, 溶液中金属离子浓度为0.45 mol/L, 加入与Zn2+等量的单乙醇胺, 同时滴入适量冰醋酸, 于70 ℃恒温充分搅拌2 h, 即得到性能稳定、无色透明的ZnO溶胶, 将溶胶静置陈化2 d待用.将玻璃基片(15 mm×15 mm)置于饱和重铬酸洗液中浸泡30 min后, 分别在丙酮、无水乙醇和去离子水中超声清洗10 min, 烘干后置于3 000 r/min匀胶机上涂膜30 s, 反复涂膜8次(每次涂膜后置于100 ℃恒温干燥箱中干燥5 min)即得到一定厚度的干凝胶薄膜, 再将干凝胶薄膜置于马弗炉中进行退火处理, 退火温度分别为300,400,500,600 ℃, 保温4 h, 自然冷却至室温, 即得到厚度约为1 μm 的ZnO薄膜.1.2 薄膜的表征采用日本Rigaku公司生产的D/max2500型旋转Cu靶(λ=0.1542 nm)X射线衍射仪测试薄膜的晶体结构, 管压40 kV, 管流100 mA, 扫描角度(2θ)为20°～80°; 采用美国Varian公司生产的Cary-50型紫外-可见分光光度计测量吸收光谱, 扫描速率600 nm/min, 扫描步长1 nm; 采用美国Jobin Yvon公司生产的Traix320型光谱仪测量光致发光(PL)谱, 微区光致发光选用波长为325 nm、功率为50 mW的He-Cd激光器作为激发光源.2 结果与讨论图1 不同退火温度下制备ZnO薄膜的XRD谱Fig.1 XRD patterns of ZnO thin films at different annealing temperatures2.1 薄膜的晶体结构与形貌不同退火温度下制备ZnO薄膜的XRD谱如图1所示. 由图1可见, 该薄膜均出现衍射晶面分别为(100),(002),(101),(102),(110),(103),(200),(112),(201)的衍射峰, 与体相ZnO标准值相符, 且在(100),(002)和(101)方向上, 分别在2θ=31.68°,34.34°,36.18°处出现3个明显的ZnO峰, 表明退火后的ZnO具有多晶六角纤锌矿结构; 随着退火温度的升高, 各衍射峰的强度增加, 半峰宽减小, 由Scherrer公式[8]可得ZnO薄膜的晶粒尺寸, 结果列于表1. 其中: D为颗粒平均尺寸; B为衍射峰的半高宽; θB为Bragg衍射角; λ=0.154 2 nm. 由表1可见, 随着退火温度的升高, ZnO晶粒开始生长, 粒径平均尺寸增大.表1 不同退火温度下ZnO薄膜的晶粒尺寸Table 1 Crystalline grain size ofZnO thin films at different annealing temperatures退火温度/℃ B/(°)θB/(°)晶粒尺寸/nm3000.16534.34564000.134.34825000.09534.34866000.0734.36118不同退火温度下ZnO薄膜的原子力显微镜(AFM)照片如图2所示. 由图2(A)可见, 300 ℃退火处理的薄膜晶粒尺寸均匀, 粒径约为40 nm, 晶界较模糊; 由图2(B)可见, 400 ℃退火处理的薄膜晶粒开始生长, 但晶粒尺寸不均匀, 粒径为40～100 nm, 晶界逐渐清晰; 由图2(C)可见, 500 ℃退火处理的薄膜粒径为40～130 nm, 薄膜表面粗糙度增加; 由图2(D)可见, 600 ℃退火处理的薄膜晶界清晰, 晶粒尺寸均匀, 粒径为70～150 nm, 表面粗糙度降低. 400,500,600 ℃退火处理的薄膜均出现明显沟壑状表面形貌, 这是由于涂膜不均匀或玻璃基片表面不平整所致.图2 不同退火温度下ZnO薄膜的AFM照片Fig.2 AFM images of ZnO thin films at different annealing temperatures2.2 吸收光谱分析不同退火温度下ZnO薄膜的吸收光谱如图3所示, 测量中用未涂膜的玻璃基片作为参考. 由图3可见, 薄膜在可见光区吸收较少, 但在对应ZnO 带边吸收位置有较强的吸收, 吸收阈值位于380 nm处.作为直接带隙半导体材料, ZnO薄膜的吸收系数和光子能量满足[9]:(αhν)=A(hν-Eg)1/2,其中: A为常数; α为吸收系数; hν为激发能; Eg为禁带宽度.600 ℃退火温度下ZnO薄膜吸收谱的光学带隙如图4所示. 由带边吸收的线性拟合可得薄膜的禁带宽度为3.23 eV. 该值小于单晶和多晶ZnO材料的禁带宽度, 这是由于在薄膜生长过程中, 趋于完整结晶状态的ZnO晶体在过高退火温度下, 晶体内部重新产生缺陷所致.图3 不同退火温度下ZnO 薄膜的吸收谱Fig.3 Optical absorbtion spectra of ZnO thin films at different annealing temperatures图4 600 ℃退火温度下ZnO薄膜吸收谱的光学带隙Fig.4 Optical bandgapof absorbtion spectrum of ZnO thin film at 600 ℃2.3 室温下光致发光光谱分析不同退火温度下ZnO薄膜的光致发光(PL)谱如图5所示. 由图5可见, 所有薄膜发光均由386.5 nm附近的紫外发光和516 nm附近的绿光发光组成. 其中ZnO的紫外光来源于激子发光, 绿光来源于ZnO薄膜内部的不同缺陷(锌缺陷、氧缺陷、锌间隙和氧间隙等)以及界面缺陷发光[10]. 为便于对比, 本文将各光谱强度进行归一化处理, 并计算了深能级发光强度(Id)与紫外发光强度(Ie)之比, 其与退火温度的关系如图6所示. 由图6可见, 随着退火温度的升高, Id与Ie比值逐渐减小, 表明随着退火温度的升高, 深能级发射受到抑制而紫外发射得到加强, 即ZnO中缺陷减少, 从而提高了薄膜结晶质量, 与XRD结果相符. 与文献[11-13]结果比较可见, 利用该工艺制备薄膜, 通过调节温度参数, 可抑制ZnO深能级发射, 从而提高紫外发射.综上, 本文采用溶胶-凝胶法在玻璃衬底上制备了ZnO薄膜, 并利用X射线衍射仪、原子力显微镜、紫外-可见分光光度计和荧光光谱仪对其结构、表面形貌和光学性能进行了分析. 结果表明: ZnO薄膜具有多晶六角纤锌矿结构, 结晶程度较高, 晶粒尺寸随退火温度的升高而增大; 薄膜在可见光区吸收较少, 在对应ZnO带边吸收的位置吸收较强, 吸收阈值位于380 nm附近, 由带边吸收的线性拟合可得薄膜的禁带宽度为3.23 eV; 所有薄膜均在386.5 nm处出现一个紫外发射峰和516 nm附近的深能级发光峰, 且随退火温度的升高, 深能级发光强度与紫外发光强度的比值逐渐减小, 表明随退火温度的升高, ZnO晶体中缺陷减少, 从而提高了薄膜的结晶质量.图5 不同退火温度下ZnO薄膜的光致发光(PL)谱Fig.5 PL spectra of ZnO thin films at different annealing temperatures图6 Id/Ie与退火温度的关系Fig.6 Relationship of Id/Ie with theannealing temperature参考文献[1] ZHAO Dong-xu, LIU Yi-chun, SHEN De-zhen, et al. Structure and Photoluminescence Properties of ZnO Microrods [J]. J Appl Phys, 2002,94(9): 5605-5608.[2] CHEN Yu-feng, JIANG Feng-yi, WANG Li, et al. Structural and Luminescent Properties of ZnO Epitaxial Film Grown on Si(111) Substrate by Atmospheric-Pressure MOCVD [J]. Journal of Crystal Growth, 2005, 275(3/4): 486-491.[3] Abrarov S M, Yuldashev S U, Kim T W, et al. Effect of Photonic Band-Gap on Photoluminescence of ZnO Deposited Inside the Green Synthetic Opal [J]. Optics Communications, 2005, 250(1/2/3): 111-119.[4] YANG Jing-hai, GAO Ming, ZHANG Yong-jun, et al. Synthesis and Optical Properties of Ce-Doped ZnO [J]. Chem Res Chinese Universities, 2008, 24(3): 266-269.[5] Fan X M, Lian J S, Guo Z X, et al. ZnO Thin Film Formation on Si (111) by Laser Ablation of Zn Target in Oxygen Atmosphere [J]. Journal of Crystal Growth, 2005, 279(3/4): 447-453.[6] Singh Sukhvinder, Srinivasa R S, Major S S. 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ZnO薄膜的制备、性能及应用
ZnO薄膜的制备、性能及应用1引言氧化锌（ZnO）属于第三代半导体材料,室温下禁带宽度约为3.37eV，其激子束缚能高达60meV，比室温热离化能(26meV)大得多。
第三代半导体材料是指宽禁带半导体材料，它们的发光波长短（近紫外），具有耐高温、抗辐照、制备方法多、毒性小等特点。
自1997 年发现ZnO薄膜的室温紫外光发射以来，ZnO 薄膜的制备技术及其光电特性成为人们研究的热点。
ZnO薄膜可以在低于500℃的温度下生长,比ZnSe和GaN的生长温度低得多。
ZnO作为一种新型的光电材料，在光波导、半导体紫外激光器、发光器件，透明电极等方面应用广泛。
ZnO 也是一种十分有用的压电薄膜材料, 高质量的单晶或c轴择优取向的多晶ZnO薄膜具有良好的压电性质, 能够用来制备高频纤维声光器件及声光调制器等压电转换器, 在光电通信领域得到广泛的应用。
本文综述了ZnO薄膜的性质、各种制备方法及作为压电材料的应用。
2 ZnO的性质2.1 ZnO的基本性质ZnO晶体共有四方岩盐矿结构、闪锌矿结构和六角纤锌矿3 种相结构，如图1所示[ 1]。
Jeffee[ 2]等人根据第一性原理计算得到ZnO各晶体结构的总能量，六角纤锌矿结构的总能量为5.658 eV，闪锌矿结构的总能量为5.606 eV，四方岩盐矿结构的总能量为5.416 eV。
六角纤锌矿结构在常温下是稳定相，也是研究最多的一种相结构，晶格常数a=b=0.324 6nm，c=0.520 3nm。
ZnO的熔点为1975℃，比GaN的熔点低，但其热稳定性和化学稳定性优于GaN，在较高温度下也不会分解。
ZnO 的本征点缺陷有：锌填隙（Z ni）、锌空位（V Zn）、氧填隙（O i）、氧空位（V O）、反位锌（Zn O）等，其中锌填隙和氧空位的能级较浅，被认为是本征ZnO呈n型导电的主要原因。
2.2 ZnO的铁电性质Onodera[ 3]等首次观察到了ZnO基材料的电滞回线，Zn0.83 Li0.17O陶瓷材料在室温条件下，其剩余极化为0.044 LC /cm2, 虽然这个数值较小，却是该陶瓷具有铁电性的证据。
ZnO薄膜制备及表征
4
5
6
7
8
Distance (m)
XRD图谱
未掺杂ZnO薄膜
0.5 0.4
Current (mA)
0.3 0.2 0.1 0.0 -0.1 -0.2 -0.3 -6 -4 -2 0 2
1.0mol/L 0.9mol/L 0.8mol/L 0.7mol/L 0.6mol/L
4
6
I-V特性测试原理
3.35
100
Voltage (V)
I-V曲线
550℃
55 50 45 40 35 30
600℃
Intensity (a.u.)
650℃ 600℃ 550℃ 500℃ 450℃
650℃
20 25 30 35 40 45 50 55 60
Grain Size (nm)
450
500
550
600
650
XRD 图谱
2Theta
Annealing Temperature (C)
2
10L 8L 6L 4L 2L 1L
450
500
550
600
650
Annealing temperature (C)
Voltage (V)
Current (mA)
1
0
-1
纳米颗粒及衍射花样
-6 -4 -2 0 2 4 6
-2
旋涂层数
Voltage (V)
经550℃退火后，Li-ZnO薄膜导电性最好，与未掺杂ZnO薄 膜相比，提高了100倍，可见光范围内透光率高达90%。
0
-1
-2
700
800
-6
-4
-2
p型zno薄膜的制备及特性研究
p型zno薄膜的制备及特性研究随着现代社会经济的日益发展，环境污染已然成为严峻问题。
因此，研究p型Zno薄膜已经成为研究社会可持续发展的重要内容。
p型Zno薄膜是一种新型的功能材料，它有着优异的电学性质，适合于深入分析电子物理及化学性质。
此外，p型Zno薄膜也可以用于电化学传感器，太阳能电池等设备以及光电器件。
本文首先介绍了p型Zno薄膜的研究背景与意义，并详细介绍了p型Zno薄膜的制备方法、应用与特性。
其次，本文对p型Zno 薄膜的具体制备方法进行了详细的讨论，包括结晶体的处理、薄膜的制备及薄膜的表面处理等。
此外，本文也讨论了p型Zno薄膜的性质与应用，并结合实验结果对其传输性质、电学性质、光学性质和热力学性质进行了探讨。
最后，本文提出了未来p型Zno薄膜的研究方向及发展建议。
首先，对于p型Zno薄膜的制备和性质研究而言，需要深入研究它的物理和化学特性，并确定其最佳制备工艺。
关于p型Zno薄膜的制备，先进的生长方法通常包括火焰化学游离反应、水热法以及溶剂热多层法等。
确定最佳工艺条件后，可以不断优化它们，以提高薄膜的结晶度和导电性能。
此外，对于p型Zno薄膜的特性研究而言，需要对它的传输性质、电学性质、光学性质和热力学性质等多种性质进行深入的探究。
首先，在室温常规气氛中，p型Zno薄膜的电阻率因其结构及结晶度不同而变化。
其次，p型Zno薄膜的光学性质取决于它的结构及密度，其可以被利用于大功率及非线性光学分配器件，也可以应用于光传感器。
此外，热学性质也是需要关注的方面，p型Zno 薄膜在某些温度范围内具有非常优异的热稳定性，可用于构建稳定性良好的电子器件。
最后，未来对于p型Zno薄膜的发展建议，除继续优化薄膜的制备及性能研究以外，也需加大对它在电子器件中的应用研究力度。
特别是在太阳能电池、光传感器、电化学传感器以及光电器件等领域的研究中，能够发挥其优异的性质，以促进器件的可靠性及稳定性。
综上所述，随着现代社会的发展，研究p型Zno薄膜的制备及性质研究已经成为一个重要的社会议题。
ZnO压电薄膜的性能
ZnO压电薄膜的性能无机非金属材料工程 09120225 钟史伟摘要：ZnO薄膜是一种具有优良的压电、光电、气敏、压敏等性质的材料，高质量的单晶或c轴择优取向的多晶ZnO薄膜具有良好的压电性质，能够用来制备高频纤维声光器件及声光调制器等压电转换器，在光电通信领域得到广泛的应用。
本文综述了氧化锌压电薄膜的性能及其性能影响因素，同时叙述了掺杂铝或者锂氧化锌压电薄膜的特性变化。
同时展望了氧化锌压电薄膜性能的广阔应用前景。
关键字：氧化锌；压电薄膜；性能；掺杂前言ZnO是一种Ⅱ一Ⅵ族半导体材料，其结构为六方晶体结构,密度为5.67g/cm，晶格常数u为0.32496 nm，c=0.52065nm.室温下其禁带宽度是3.3 eV,是典型的直接带隙宽禁带半导体。
ZnO化学稳定性好,材料来源丰富,价格低廉,通过掺杂具有很好的光电性能,是光电器件极具潜力的材料.例如：掺A1、In 的ZnO薄膜导电性好，透过率高，可以用于平板显示器和太阳能电池的透明电极；C轴取向的ZnO 薄膜可以用来制备低损耗的声表面波（SAW）滤波器等。
ZnO压电薄膜因其具有机电耦合系数大、插损小、温度稳定性好等优点而被广泛地用于制备声表面波(SAW) 滤波器。
现如今最广泛的是利用射频磁控溅射法制造的C轴定向的ZnO薄膜具有很好的压电性，高质量的ZnO压电薄膜在薄膜外观以及微观结构上都有较高的要求。
表面应光滑、致密、无微孔和裂缝；微观结构上,应是高度取向生长的多晶薄膜，晶粒细小,极性方向相同,并且堆积紧密.另外,还要求其化学性质稳定，硬度较高，内应力小。
氧化锌薄膜的特性依靠于生长的方法和各种参数。
未来，为了评估测量的属性必须将氧化锌薄膜应用于真实的应用领域。
因此，通过XRD，APM研究了溅射参数工艺对于氧化锌压电薄膜压电性能的影响。
1.氧化锌压电薄膜的性能1.1 氧化锌压电薄膜简介Z nO薄膜是一种具有广泛用途的材料，其性质随掺杂组分和制备条件的不同而表现出很大的差异性．目前对ZnO薄膜的研究主要集中在透明导电性压电性、光电性、气敏性、压敏性等方面．通过各种制备工艺和组分配比，在制备具有优良压电性能的ZnO薄膜、具有良好光电性能的透明ZnO薄膜以及具有良好气敏性能的ZnO 薄膜传感器材料的研究已取得了很大进展。
ZnO薄膜制备及其光、电性能研究
ZnO薄膜制备及其光、电性能研究六方纤锌矿结构的ZnO材料由于其具有独特的电学和光学性能,在压电、气体传感器、光电器件等领域有广泛的应用。
本文采用Sol-gel法和RF磁控溅射法在玻璃和Si(111)衬底上沉积了ZnO薄膜,并对薄膜的结构、表面形貌、电学性能和光学性能等进行了表征。
以二水合醋酸锌、乙二醇甲醚、乙醇胺、二水合氯化镁等为前驱物,在载玻片衬底上Sol-gel法制备了ZnO薄膜,系统研究了掺杂量、溶液浓度、热处理温度等对薄膜性能的影响。
实验结果表明,适量Li或Mg的掺杂可促进薄膜(002)定向生长,并明显提高材料的电阻率;溶液浓度为0.45mol/L、旋涂7次、在610℃下热处理的Li/Mg共掺(Li/Zn = 0.10, Mg/Zn = 0.04)ZnO薄膜呈现极好的(002)定向性,定向指数达0.961,电阻率达6.0×107?cm。
薄膜从光致发光研究表明, Li掺杂ZnO薄膜在PL谱上出现了403nm的发光峰,同时ZnO的带边发射(NBE)峰(371nm)消失,而Mg掺杂后不改变NBE峰的位置。
随Li和/或Mg掺杂浓度的升高,ZnO薄膜材料的深能级发光峰(DLE)变弱。
首次采用高RF磁控溅射功率(550W)制备了(100)择优取向的ZnO,其定向指数可达0.752,而在较低的功率(200～380W)下溅射,薄膜呈现很好的(101)取向,定向指数达0.799;基片加热至250℃、溅射功率200W时,制备的ZnO薄膜则表现为(002)择优取向性,定向指数为0.742。
从原子堆积方式的角度提出了不同择优取向薄膜的生长机理。
对三种择优取向薄膜的晶格常数的测试结果表明,(002)取向的晶胞较小,而(101)取向的薄膜晶胞最大。
(100)取向薄膜的PL谱以Li的杂质能级峰(399nm)为主,(002)取向的薄膜以Zni缺陷的能级峰(420nm)为主,而(101)取向薄膜主要为带边发射(384nm);薄膜的电阻率随溅射功率的增加而增大;薄膜的表面形貌表明,(100)取向的薄膜与其它取向薄膜相比晶粒更加细密。
ZnO薄膜的性能与制备
ZnO薄膜的性质与制备刘宇航1073510101摘要ZnO作为一种宽带隙半导体材料,近几年来已经成为国际上紫外半导体光电子材料和器件领域的研究热点。
本论文叙述了ZnO薄膜的性质、应用以及制备，并对ZnO的掺杂做了研究。
关键词ZnO薄膜性能应用制备掺杂引言ZnO薄膜是一种具有广泛应用前景的材料，国际上也涌现出许多以ZnO为研究重点的科研小组，开展了许多相关的科研工作。
ZnO薄膜由于量子空间局域作用使得大量电子被束缚在晶界处，表现出很强的界面效应，使其比体材料及其它金属氧化物材料有更高的导电率，透明性和传输率。
氧化锌薄膜作为一种优异的光电和压电相结合的电子信息材料，它在压电转换，光电显示以及集成电子器件等方面有广泛的应用。
拥有优良的压电特性，一直在SAW器件中的到应用。
此外还可用作紫外光探测器，发光器件，传感器件，太阳能电池的透明电极等。
[1]1 ZnO薄膜的性质及应用1.1 光电特性ZnO薄膜是直接带隙半导体，具有很好的光电性质，对紫外光有较为强烈的吸收，在可见光区，光透过率接近90%。
ZnO薄膜的光电特性与其化学组成、能带结构、氧空位数量及结晶密度相关，在适当的制备条件及掺杂条件下，ZnO 薄膜表现出很好的低阻特征，使其成为一种重要的电极材料，如太阳能电池的电极、液晶元件电极等。
用氢等离子处理的ZnO:Ga薄膜也可用于太阳能电池，η=13%。
高的光透过率和大的禁带宽度使其可作太阳能电池窗口材料、低损耗光波导器件及紫外光探测器等。
而它的发光性质及电子辐射稳定性则使其成为一种很好的单色场发射低压平面显示器材料，并在紫外光二极管激光器等发光器件领域有潜在的应用前景。
尤其是ZnO光泵浦紫外激光的获得和自形成谐振腔的发现更加激起了人们对其研究的热情。
同时由于ZnO对光波具有的选择性(可见光区的高透射性和红外光区的高反射性)，可作为一种热镜材料来制成低辐射幕墙玻璃。
ZnO在室温时典型的PL谱中在3.30eV(375nm)附近含有本征UV峰，在2.29eV(540nm)附近往往都会出现一个对应于绿光波段的展宽峰，并向两边延伸至黄光和蓝光波段。
p型zno薄膜的制备及特性研究
p型zno薄膜的制备及特性研究P型ZnO薄膜是一种具有特殊电子性质的半导体材料，它由氧化锌（ZnO）组成，可以用于构建多种电子器件。
P型ZnO薄膜具有良好的热稳定性、成本低、易于制备等特点，因此在器件应用中占有重要地位。
然而，要制备具有高质量的P型ZnO薄膜依然具有挑战性，这主要是由于其电子性质的特殊性而引起的。
作为一种半导体材料，氧化锌（ZnO）具有出色的抗噪声性能和优异的发光性能，可直接用作发光元件。
P型ZnO薄膜由于其电子性质的特殊性，其制备工艺比n型材料更加复杂，同时由于其晶体结构的特殊性，需要借助表面处理技术来调节薄膜表面结构，以实现其高质量的制备。
P型ZnO薄膜的制备工艺可以分为三个主要步骤：第一步是非晶硫化物薄膜的制备；第二步是氢化物镀层的制备；第三步是表面处理技术的利用，以改善薄膜表面结构。
首先，利用热压法或溅射法制备非晶硫化物薄膜，从而获得具有一定组分的薄膜，其中硫元素能够形成掺杂离子从而形成P型ZnO薄膜。
其次，在非晶硫化物薄膜表面利用氢化物镀层和化学气相沉积技术，以促进薄膜中硫元素的掺杂，形成P型ZnO薄膜。
最后，利用表面处理技术（如氧化处理、交联处理等），调节表面性质，提高薄膜的电子性质。
在P型ZnO薄膜制备完成后，应对其进行表征分析以评价其特性。
表征分析主要包括：X射线衍射（XRD）、X射线光电子能谱（XPS）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、Raman光谱、电阻-电压曲线（I-V）和光电流-电压曲线（J-V）分析。
X射线衍射（XRD）可用于评价P型ZnO薄膜的晶体结构；X射线光电子能谱（XPS）可用于评价元素组分；透射电子显微镜（TEM）可用于评价材料的原子结构；Raman光谱可用于评价材料的微观结构；电阻-电压曲线（I-V）和光电流-电压曲线（J-V）可用于评价P型ZnO薄膜的电子性质。
因此，要制备高质量的P型ZnO薄膜，需要调整非晶硫化物膜中硫元素掺杂等组分，并通过表面处理技术来调节表面性质，以获得较高的器件性能。
《ZnO@压电聚合物纳米纤维膜制备及其压电性能研究》范文
《ZnO@压电聚合物纳米纤维膜制备及其压电性能研究》篇一一、引言随着纳米科技的飞速发展，纳米材料因其独特的物理和化学性质在众多领域展现出巨大的应用潜力。
其中，压电材料在传感器、能量收集器、驱动器等领域具有广泛的应用。
近年来，ZnO@压电聚合物纳米纤维膜因其优异的压电性能和良好的稳定性备受关注。
本文旨在探讨ZnO@压电聚合物纳米纤维膜的制备方法及其压电性能的研究。
二、制备方法1. 材料准备制备ZnO@压电聚合物纳米纤维膜需要准备的材料包括：氧化锌（ZnO）纳米颗粒、压电聚合物、溶剂等。
2. 制备过程（1）将氧化锌纳米颗粒与压电聚合物溶解在适当的溶剂中，形成均匀的溶液。
（2）采用静电纺丝技术，将溶液转化为纳米纤维膜。
（3）对制得的纳米纤维膜进行热处理，以提高其稳定性和压电性能。
三、结构与性能表征1. 结构表征通过扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）对制得的ZnO@压电聚合物纳米纤维膜进行形貌观察，通过X射线衍射（XRD）分析其晶体结构。
2. 压电性能表征（1）利用压电测试仪测量纳米纤维膜的压电系数，评估其压电性能。
（2）通过测试纳米纤维膜在压力作用下的电势输出，分析其响应速度和稳定性。
四、实验结果与分析1. 形貌与结构分析SEM和TEM结果表明，制得的ZnO@压电聚合物纳米纤维膜具有均匀的纤维结构和良好的分散性。
XRD分析表明，纳米纤维膜中的氧化锌以良好的结晶形式存在。
2. 压电性能分析压电测试仪测得的压电系数表明，ZnO@压电聚合物纳米纤维膜具有较高的压电性能。
此外，测试结果表明，该纳米纤维膜在压力作用下的响应速度快，稳定性好。
五、讨论与展望ZnO@压电聚合物纳米纤维膜的制备方法简单，且具有良好的压电性能和稳定性。
这使其在传感器、能量收集器、驱动器等领域具有广泛的应用前景。
未来，可以进一步优化制备工艺，提高纳米纤维膜的压电性能和稳定性，以满足更多领域的应用需求。
此外，还可以探索其他材料与压电聚合物的复合，以获得更多具有优异性能的纳米材料。
适用于FBAR的ZnO薄膜制备及压电特性分析_苏林
适用于ＦＢＡＲ的ＺｎＯ薄膜制备及压电特性分析苏 林１，２，杨保和１，２＊，王 芳１，２，李翠萍２，朱宇清２（１．天津大学精密仪器与光电子工程学院，天津３０００７２；２．天津理工大学天津市薄膜电子与通信器件重点实验室，天津３００３８４）摘要：采用射频磁控溅射法在Ａｌ电极层上制备了适用于薄膜体声波谐振器（ＦＢＡＲ）的ＺｎＯ薄膜，研究了溅射功率对ＺｎＯ薄膜择优取向、压电响应和极化分布的影响。
Ｘ射线衍射（ＸＲＤ）测试结果表明，在一定范围内，随着溅射功率的增大，ＺｎＯ薄膜的择优取向和结晶质量得到提高；但溅射功率过大，ＺｎＯ薄膜的择优取向变差。
压电响应力显微镜（ＰＦＭ）测量表明，溅射功率对薄膜的压电性能和极化取向也有很大影响，在所制备的薄膜中，多数晶粒的自发极化方向均垂直向上，表明所制备ＺｎＯ薄膜的表面主要为Ｏ截止；压电响应的振幅与薄膜的结晶质量和择优取向相关，在溅射功率为１５０Ｗ条件下制备的ＺｎＯ在垂直于表面方向上表现出最大压电响应振幅，同时薄膜极化取向分布的一致性最好。
关键词：薄膜体声波谐振器（ＦＢＡＲ）；ＺｎＯ薄膜；溅射功率；择优取向；极化分布；压电响应力显微镜（ＰＦＭ）中图分类号：Ｏ４８４ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００５－００８６（２０１３）１１－２１５０－０６Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ ａｎｄ ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ＺｎＯ ｆｉｌｍｓ ｆｏｒｆｉｌｍ ｂｕｌｋ ａｃｏｕｓｔｉｃ ｒｅｓｏｎａｔｏｒＳＵ Ｌｉｎ１，２，ＹＡＮＧ Ｂａｏ－ｈｅ１，２＊，ＷＡＮＧ Ｆａｎｇ１，２，ＬＩ Ｃｕｉ－ｐｉｎｇ２，ＺＨＵ Ｙｕ－ｑｉｎｇ２（Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ ａｎｄ Ｏｐｔｏ－Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｔｉａｎｊｉｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｔｉａｎｊｉｎ ３０００７２，Ｃｈｉｎａ；Ｔｉａｎ－ｊｉｎ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｆｉｌｍ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ａｎｄ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｄｅｖｉｃｅｓ，Ｔｉａｎｊｉｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｔｉａｎｊｉｎ３００３８４，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＺｎＯ ｆｉｌｍｓ ｕｓｅｄ ｉｎ ｆｉｌｍ ｂｕｌｋ ａｃｏｕｓｔｉｃ ｒｅｓｏｎａｔｏｒ（ＦＢＡＲ）ｗｅｒｅ ｄｅｐｏｓｉｔｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ａｌｕｍｉｎｕｍ ｂｏｔ－ｔｏｍ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ ｌａｙｅｒｓ ｂｙ ｒａｄｉｏ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｍａｇｎｅｔｒｏｎ ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ，ａｎｄ ｈｏｗ ｔｈｅ ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ ｐｏｗｅｒ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｓｔｈｅ ｐｒｅｆｅｒｒｅｄ ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ，ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ａｎｄ ｐｏｌａｒｉｔｙ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｐｒｅｐａｒｅｄ ｆｉｌｍｓ ｉｓ ｉｎｖｅｓｔｉ－ｇａｔｅｄ．Ｘ－ｒａｙ ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ（ＸＲＤ）ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ ｉｎｄｉｃａｔｅ ｔｈａｔ ｉｎ ａ ｃｅｒｔａｉｎ ｒａｎｇｅ，ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ ｔｈｅ ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇｐｏｗｅｒ ｉｓ ｃｏｎｄｕｃｉｖｅ ｔｏ ｔｈｅ ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ ｏｆ ｃｒｙｓｔａｌ ｑｕａｌｉｔｙ ａｎｄ ｃ－ａｘｉｓ ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ，ａｎｄ ｍｅａｎｗｈｉｌｅ，ｗｅ ａｌｓｏｏｂｓｅｒｖｅ ａ ｄｅｃｌｉｎｅ ｉｎ ｔｈｅ ｃ－ａｘｉｓ ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｆｉｌｍ ｄｅｐｏｓｉｔｅｄ ａｔ ｔｏｏ ｍｕｃｈ ｈｉｇｈｅｒ ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ ｐｏｗｅｒ．Ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓ ｉｍａｇｉｎｇ ｏｆ ｔｈｅ ｓｕｒｆａｃｅ ｔｏｐｏｇｒａｐｈｙ，ａｓ ｗｅｌｌ ａｓ ｔｈｅ ａｍｐｌｉｔｕｄｅ ａｎｄ ｐｈａｓｅ ｏｆ ｔｈｅ ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃｒｅｓｐｏｎｓｅ ｉｓ ｐｅｒｆｏｒｍｅｄ ｂｙ ｐｉｅｚｏｒｅｓｐｏｎｓｅ ｆｏｒｃｅ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ（ＰＦＭ），ａｎｄ ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｓｐｕｔｔｅ－ｒｉｎｇ ｐｏｗｅｒ ｈａｓ ｇｒｅａｔ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｎ ｔｈｅ ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ ａｃｔｉｖｉｔｉｅｓ ａｎｄ ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ ｏｆ ＺｎＯ ｆｉｌｍｓ．Ｔｈｅ ｍａｊｏｒｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｇｒａｉｎｓ ｗｉｔｈｉｎ ｔｈｅ ｐｒｅｐａｒｅｄ ｆｉｌｍｓ ｈａｓ ｕｐｗａｒｄ ｓｐｏｎｔａｎｅｏｕｓ ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ，ｉｎ－ｄｉｃａｔｉｎｇ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｔｏｐ ｓｕｒｆａｃｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｆｉｌｍｓ ａｒｅ ｍａｉｎｌｙ Ｏ ｔｅｒｍｉｎａｔｅｄ．Ｔｈｅ ａｍｐｌｉｔｕｄｅ ｏｆ ｔｈｅ ｏｕｔ－ｏｆ－ｐｌａｎｅｐｉｅｚｅｒｅｓｐｏｎｓｅ ｄｅｐｅｎｄｓ ｏｎ ｔｈｅ ｃｒｙｓｔａｌ ｑｕａｌｉｔｙ ａｎｄ ｐｒｅｆｅｒｒｅｄ ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｆｉｌｍｓ．Ｔｈｅ ｆｉｌｍ ｄｅｐｏｓｉｔｅｄ ａｔｔｈｅ ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ ｐｏｗｅｒ ｏｆ １５０Ｗｅｘｈｉｂｉｔｓ ｂｅｔｔｅｒ Ｏ－ｐｏｌａｒｉｔｙ ｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙ ａｎｄ ｇｒｅａｔｅｒ ｐｉｅｚｅｒｅｓｐｏｎｓｅ ａｍｐｌｉｔｕｄｅｉｎ ｔｈｅ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒ ｔｏ ｔｈｅ ｆｉｌｍ ｓｕｒｆａｃｅ ｔｈａｎ ｔｈｏｓｅ ｏｆ ｔｈｅ ｏｔｈｅｒ ｓａｍｐｌｅｓ．Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｆｉｌｍ ｂｕｌｋ ａｃｏｕｓｔｉｃ ｒｅｓｏｎａｔｏｒ（ＦＢＡＲ）；ＺｎＯ ｆｉｌｍｓ；ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ ｐｏｗｅｒ；ｐｒｅｆｅｒｒｅｄ ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ；ｐｏｌａｒｉｔｙ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ；ｐｉｅｚｏｒｅｓｐｏｎｓｅ ｆｏｒｃｅ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ（ＰＦＭ）光电子·激光第２４卷第１１期 ２０１３年１１月 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｏｐｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ·Ｌａｓｅｒ Ｖｏｌ．２４Ｎｏ．１１ Ｎｏｖｅｍｂｅｒ ２０１３＊ Ｅ－ｍａｉｌ：ｂｈｙａｎｇ＠ｔｊｕｔ．ｅｄｕ．ｃｎ收稿日期：２０１３－０４－２３ 修订日期：２０１３－０５－２０基金项目：国家高技术研究发展（８６３）计划（２０１３ＡＡ０３０８０１）、天津市科技支撑计划（１０ＺＣＫＦＧＸ０１２００）、天津市科技计划（１０ＳＹＳＹＪＣ２７７００）和天津市高等学校科技发展基金（２００６ＢＡ３１）资助项目DOI:10.16136/j.joel.2013.11.009１ 引 言 ＺｎＯ具有良好的激光发射性能，在激光器、发光二极管及太阳能电池等领域有重要的应用［１～３］。
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具有很好的压电性质 , c轴取向和表面粗糙度对薄 膜压电特性 有很大影响 , 高度 c轴取向生 长和表面粗 糙度较小 的
ZnO薄膜表现出更好的压电性质。
关键词 :ZnO薄膜 ;射频磁控溅射 ;压电性质 ;表面粗糙度
中图分类号:O48 4
文献标识码 :A
文章编号 :1000-985X(2009)04-0880-04
4 结 论
用磁控溅射法在不同工作气压和射频功率下制备出了 ZnO薄膜 , 通过 XRD, AFM, PFM分析表明 , 实验制 备的 ZnO薄膜具有很好的压电性质 , c轴取向和表面粗糙度对薄膜压电特性有很大影响 , 所以在制备 ZnO压电 薄膜时 , 应综合考虑各种工艺参数 , 制备出高度 c轴取向 , 结晶度高 , 表面粗糙度小的高质量的 ZnO压电薄膜 , 进而开发制备出性能优良的压电器件 。
图 3是 3个薄膜样品的 AFM图 , 扫描范围是 1000 nm×1000 nm。从图 3中可以看出 , 制备的 ZnO薄膜表
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人 工 晶 体 学 报
第 38卷
面结构致密 , 颗粒尺寸均匀 。 经分析 1号样品的表面粗糙度为 3.29 nm, 垂直于表面最高突起为 25 nm;2号样 品的表面粗糙度为 3.00 nm, 垂直于表面最高突起为 21.9 nm;3号样品的表面粗糙度为 3.64 nm, 垂直于表面最 高突起为 27.5 nm。相比之下 , 2号样品的薄膜表面相对平整 , 而 3号样品表面最为粗糙[ 14] 。而所测得的压电 系数中 , 2号样品的 d33值最大 , 3号样品最小 。由以上分析 , 表面粗糙度对薄膜压电性质有很大影响 , 一般来说 , 降低表面粗糙度 , 使薄膜表面更为平整致密 , 有利于提高其薄膜压电性质 。
个样品中 , 2 号样品 结晶质 量最 好 , 具有 更好的 c轴取 向 [ 8, 9] 。
为了研究 ZnO薄膜的压电性能 , 用 PFM仪器测得其
压电系数 d33 。测得 1号样品的压电系数为 21.7 pV/m, 2 号样品的压电系数为 27.5 pV/m, 3号样品的压电系数为 8.5 pV/m。
Abstract:ZnO filmswereprepared on Si(100 ) substratesby RF magnetron sputtering process. Compositions, surfaceappearance, andpiezoelectricitywerestudiedbyXRD, AFM andPFM.Theresults indicatethatthepreparedZnOfilmhasexcellentpiezoelectricity.Thepiezoelectricityofthefilmisstrongly dependentonthecaxisorientationandsurfaceroughness.Thesamplewithsmoothersurfaceandastrongly preferredorientationofcaxisshowsabetterpiezoelectricity. Keywords:ZnOfilm;RFmagnetronsputtering;piezoelectricity;surfaceroughness
PreparationandCharaterizationofZnO PiezoeletricFilm
XUHeng-xing, WANGJin-liang, TANGNing, PENGHong-yong, FANChao
(SchoolofPhysicsScienceandNuclearEnergyEngineering, BeijingUniversityofAeronauticsandAstronautics, Beijing100191, China) (Received26 December2008, accepted20 February2009)
高质量的 ZnO压电薄膜在薄膜外观以及微观结构上都有较高的要求 。 表面应光滑 、致密 、无微孔和裂缝 ; 微观结构上 , 应是高度取向生长的多晶薄膜 , 晶粒细小 , 极性方向相同 , 并且堆积紧密 。 另外 , 还要求其化学性
收稿日期 :2008-12-26;修订日期 :2009-02-20 基金项目 :国家自然科学基金 (No.10432050;No.50772006) 作者简介 :许恒星 (1985-), 男 , 山东省人 , 硕士研究生。 E-mail:tidus1217@
表面粗糙度对压电器件的质量有非常大的影响 。 这是由于声表面波仅在表面传播 , 全部声表面波的能量
几乎只集中在从表面向内部的一个波长之内 , 当表面粗糙度超过一个波长时 , 声表面波显然无法通过 , 一般要 求薄膜表面粗糙度小于 30 nm。因此在实验中控制薄膜表面粗糙度 ,对于制备高质量压电薄膜有重要意义 [ 13] 。
参 考 文献
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第 4期
许恒星等 :ZnO压电薄膜的制备与性能表征
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