石英衬底上生长的立方相Zn1-xMnxO薄膜及其光学、磁学特性
磁控溅射ZrN薄膜的生长机理及光学性能
832
研究论文
人 工 晶 体 学 报
第 50 卷
Key words:zirconium nitride; reactive magnetron sputtering; single oriented; surface morphology; columnar growth; optical
出现致密的三角锥晶粒,且表面粗糙度最大,薄膜呈柱状生长。 随后利用 Extend Structure Zone Model 解释了 ZrN 薄膜
的生长机制,最后研究了 ZrN 薄膜的光反射特性,发现反射光谱与晶粒形状和表面粗糙度密切相关,表面具有三角锥
状晶粒的薄膜,其反射谱在 300 ~ 800 nm 波长范围内存在振荡现象,相比于具有不规则晶粒形貌的薄膜其反射率明显
( FE-SEM) , atomic force microscope ( AFM) and spectroscopic ellipsometry ( SE) . The results confirm that all the ZrN films
have a cubic, NaCl-type crystal structure with (111) single orientation and the crystalline quality of the films increase with the
pyramid texture, compared with that of none texture counterparts. Moreover, with increasing deposition time to 45 min, there are
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，
LiNbO3薄膜光学特性
C轴取向的LiNbO3薄膜的光学特性Swati Shandilya a, Anjali Sharma a, Monika Tomar b, Vinay Gupta a,*a 物理和天铁物理系，德里大学，德里-110007，印度b米兰达女子学院，德里大学，德里 110007，印度摘要C-轴取向铌酸锂（LiNbO3晶体）薄膜被沉积到外延匹配（001）蓝宝石基板采用脉冲激光沉积技术。
的薄膜的结构和光学特性已分别使用的X-射线衍（XRD）和紫外 - 可见光谱研究。
拉曼光谱已被用来研究的c轴取向LiNbO3薄膜的光学声子模和缺陷电影。
XRD分析表明在所生长的LiNbO3薄膜，这是由于压力的存在铌酸锂晶体和蓝宝石之间的晶格失配小。
折射率（n =2.13在640 nm处）（006）铌酸锂晶体薄膜的要稍低一些相应的体积值（N =2.28）。
各个负责在从相应的（006）LiNbO3薄膜的折射率的偏差的因素散装讨论和值的偏差的主要原因是，由于存在晶格收缩沉积膜中的应力。
关键词光学特性脉冲激光沉积薄膜铌酸锂1.引言铌酸锂（LiNbO3）铌酸锂（LiNbO3晶体）是一个巨大的技术材料光学器件的利息。
大量的文献可在铌酸锂单晶等领域的基础研究和应用研究，其优异的光学性能的晶体沿观察c轴[1-3]。
铌酸锂单晶的已知表现出通用的非线性光学性质，因此它继续是一个极好的材料，各种光子的应用，如频率转换器，光开关，光调制器，多路复用器等人[4-7]。
在他们的薄膜是有利的批量对应不同的设备应用程序。
了解是众所周知的发挥了重要的作用的薄膜的折射率实现的光学设备，并且即使一个小的变化在其值会影响其应用。
铌酸锂晶体薄膜的折射率通过各种工人使用紫外可见光谱进行了测量和光导波技术。
对于声光和电光器件的制造，这是非常重要的研究的光学与c轴取向的LiNbO3薄膜的性能的。
几个报告的c轴取向LiNbO3薄膜的生长电影使用各种沉积技术[8,9]，正在努力连续主要集中向增长的各种基板上包括，外延匹配蓝宝石，硅，熔融石英等蓝宝石衬底上已用于LiNbO3薄膜的沉积影片由不同的工人光学器件的应用，因为其低折射率和相似的晶体结构，尽管小晶格失配和较低的热膨胀系数差在比较的LiNbO3 [2]。
利用磁控溅射技术在熔融石英衬底上生长铟锡氧薄膜的结构和形貌特性研究
２１ ０ ０年 ３月
物 理 实 验
ＰＨ ＳＩ Ｙ ＣＳ ＥＸＰＥＲ Ｉ ＥＮ Ｔ Ａ Ｔ Ｉ Ｍ ｏＮ
Ｖｏ ． ｏ １３
ＮＯ ３ ．
Ｍ ａ ．， Ｏ１０ ｒ ２
利 用 磁 控 溅 射 技 术 在 熔 融 石 英 衬 底 上 生 长 铟 锡 氧 薄膜 的结 构 和 形 貌 特 性 研 究
周 知 ，ＴＯ薄 膜 的光 学 和 电学 性 质 极 大 地 受 制 备 Ｉ 技术 和 制备 条件 的影 响 ， 管 有 大 量 的工 作 投 入 尽
双 抛熔 融 石英基 片 ．基 片 的 清洗 是 在超 声 池 中用 丙酮、 精 、 酒 去离 子 水 依 次 清 洗 各 ８ｍｉ ， 后 用 ｎ然
晶化 程度 随沉积 温度 的提 高 和沉 积时 间 的延 长 而
提高， 同时薄 膜 的 电学特性 有 所改 善 ， 特别 是薄 膜
的形 貌呈 现 明显 而 有 趣 的变 化 ， 后 对 退 火 和 激 最 光辐 照对 薄膜 物性 的影 响也做 了实 验研 究．
制备 方法 中， 频 磁 控 溅 射 对 于 工业 发展 是 最 具 射 有 吸引 力 的 ， 为 它具 有 沉 积 速 率 高 ， 复 性 好 ， 因 重 以及便 于 大面 积沉 积等 优点 ．利 用射 频 磁 控溅 射 制备 Ｉ Ｏ 薄 膜 的工 作 已 经 开 展 了很 多．如 人 们 Ｔ
曾研究 过在 不 同温度 下 在空 气气 氛或 真空 中退 火
２ 样 品 制备 与 测 量
Ｉ Ｏ 薄膜 是 用 北 京 科 学 仪 器 厂 生 产 的 磁 控 Ｔ 溅射仪 Ｊ Ｇ －０ 制 备的 ， 频频 率 为１ ． ６ＭＨ ． Ｐ Ｆ４０ 射 ３ ５ ｚ
溶胶-凝胶法生长C轴择优取向的ZnO薄膜
溶胶-凝胶法生长C轴择优取向的ZnO薄膜摘要：在石英衬底上用溶胶凝胶法生长C轴择优取向的ZnO薄膜。
研究ZnO薄膜的结构、光学性质、电学性质。
ZnO薄膜的生长依赖于热处理条件。
ZnO薄膜的C轴的晶格常数和带隙宽度略大于ZnO晶体的。
薄膜和晶体的差异可能是由于颗粒边界和薄膜缺陷造成的。
关键字：ZnO薄膜、溶胶-凝胶、光学和电学性质1.引言ZnO是一种非昂贵的N型半导体材料，带隙宽度为3.3eV,晶体为六角纤锌矿结构（c=5.205,a=3.249）。
在衬底上沿c轴择优竖直生长的ZnO薄膜具有良好的压电性质。
在声表面波器件、体声波器件、声光器件、微电子技术系统方面有广泛的应用。
透明的掺Al、Ga等物质的ZnO薄膜具有良好到导电能力，在一些重要的设备中可代替ITO用作透明导电电极，同时，导电ZnO薄膜是良好的红外反射器，能作为能量窗口让高能红外线反射，低能红外线透过。
由于在氢等离子体中，ZnO薄膜具有比ITO更好的稳定性，ZnO薄膜可以用来制作氢化非晶硅太阳能电池。
除此之外，ZnO薄膜在半导体气体传感器方面也有研究前景。
ZnO薄膜的制备有多种方法，例如：溅射法（磁控双离子束）、喷雾热解法、金属有机物化学气相沉积法、离子束蒸发法、激光脉冲沉积法。
近年来，溶胶-凝胶法被广泛的应用制备ZnO薄膜，例如PT. PZT. KTN, BT薄膜，当然也包括ZnO薄膜。
在一般情况下，烷族作为原料用于溶胶-凝胶过程。
Okamura等人以zinc diethoxide 作为原材料用溶胶-凝胶法制备n-ZnO/p-Si异质结并研究ZnO薄膜的带隙。
但是，一个稳定的溶胶的准备工作是乏味的，陶瓷和金属醇盐的试剂是非常昂贵的。
此外，二甲基锌（DMZ）和二乙基锌（DEZ）非常活跃，暴露在空气中，有爆炸的危险。
因此，在制备薄膜时，用一些金属盐来取代金属醇盐，如乙酸、硝酸金属盐等。
乙酸锌，价格低廉，而且容易处理，已被用作化学气相沉积法、分子束外延法。
电子束蒸发制备的ZnS薄膜的物相结构和光学性能
[5] 邓意达，贺跃辉，唐建成，等.ZnS光电材料制备技术的研究进展[J].材料导报，2002,16(5):52-54.
[6] POWALLA M，VOORWINDEN G,HARISKOS D,et al．Highly efficient CIS solar cells and modules made by the co-evaporation process[J]．Thin Solid Films，2007，517(7):2111-2114.
参 考 文 献:
【相关文献】
[1] NAGHAVI N,ABOU-RAS D,ALLSOP N,et al.Buffer layers and transparent conducting oxides for chalcopyrite Cu(In,Ga)(S,Se)2 based thin film photovoltacics:present status and current developments[J].Prog Photovolt:Res Appl,2010,18(6):411-433.
3.2 ZnS薄膜的吸收光谱
图2是不同衬底温度下制备的ZnS薄膜的吸收光谱，由图可见，电子束蒸发制备的ZnS薄膜具有良好的可见—近红外光透过性.图3是根据ZnS薄膜的透射谱和Tauc公式得到的Tauc曲线，Tauc公式如下：
(αhν)2=A(Eg- hν)
(4)
其中A为常数，Eg为光学带隙，α为对应频率为ν的光波的吸收系数，h为普朗克常量[10].
[2]HARISKOS D,SPIERING S,POWALLA M.Buffer layers in Cu(In,Ga)Se2 solar cells modules[J].Thin Solid Films,2005,480-481:99-109.
集成电路制造论文
离子注入掺杂对ZnO薄膜性能的影响The influence of ion implantation on the ZnO thin film姓名:郝秀秀西安电子科技大学摘要氧化锌(ZnO)是一种重要的宽禁带(室温下Eg--3．37eV)直接带隙半导体材料。
离子注入是将具有高功能的掺杂离子引入到半导体中的一种工艺．其目的是改变半导体的载流子浓度和导电类型.本论文是利用离子注入技术进行掺杂和热退火处理ZnO薄膜改性。
利用溶胶凝胶方法在石英玻璃衬底上制备了ZnO薄膜，将能量56 keV、剂量1×10"cm-2的Zn离子注入到薄膜中。
离子注入后，薄膜在500～900℃的氩气中退火，利用X射线衍射谱、光致发光谱和光吸收谱研究了离子注入和退火对ZnO薄膜结构和光学性质的影响。
结果显示：衍射峰在约700℃退火后得到恢复；当退火温度小于600℃时，吸收边随着退火温度的提高发生蓝移，超过600℃时，吸收边随着退火温度的提高发生红移。
关键词：ZnO薄膜；离子注入；退火温度；吸收；光致发光。
ABSTRACTZinc oxide (ZnO) is a kind of important wide forbidden band (Eg at room temperature-3.37 eV) direct bandgap semiconductor materials. Ion implantation iswill have high function into thedopingisemiconductor process. The aim is to change the charge carriers concentration and semiconductor conductive type.The present paper is using ion implantation technology and thermal annealing processing doped ZnO thin film modification. Using sol-gel method in quartz glass substrates gel preparation ZnO films, the energy 56 keV, dose 1 X 10 "cm-2 of Zn ion implantation to film. Ion implantation, film in 500 ~ 900 ℃ in the argon annealing, X-ray diffraction spectrum, the light spectrum and light absorption spectrum to send the ion implantation and annealing ZnO thin film on the influence of the structure and optical properties.The results showed that: about 700 ℃ in the diffraction peak after annealingrestoration; When the annealing temperature is less than 600 ℃, the temperature of the annealing edge with absorb blue to move, raise happen more than 600 ℃, the temperature of the edge with absorption annealing improve red shift occurred.Keywords: ZnO films; Ion implantation; Annealing temperature; Absorption; The light to shine.引言作为宽禁带半导体材料，ZnO近年来引起了广泛的研究兴趣。
氧化锌(zno)半导体材料具有较宽的带隙和较高的激子束缚能,,照明
氧化锌(zno)半导体材料具有较宽的带隙和较高的激子束缚能,,照明毕业设计摘要纤锌矿结构氧化锌（ZnO）是一种宽禁带的直接带隙氧化物半导体材料，它具有低介电常数、大光电耦合系数、高化学稳定性、高的激子结合能以及优良的光学、电学及压电特性等，因此在许多方面有着潜在的使用价值，可广泛的应用于太阳能电池、压电薄膜、光电器件、气敏器件和紫外探测器等方面。
对于ZnO材料的研究，我们已经取得了很大的成就，但是这些研究主要是集中于其材料的实验制备、功能和电子结构等理论工作。
近年来，过渡金属掺杂ZnO等稀磁半导体材料成为了人们的研究方向，激起了人们的研究欲望。
通过对氧化锌进行过渡金属的掺杂，能改变它的特性，同时也具有铁电性，所以成为了集成光电器件中一种极具潜力的材料。
关键词：1绪论1.1 引言当前，人类社会已经进入了一个全新的信息化时代，信息的传输、处理、存储等过程都是通过电子和光子来参与实现的，光电子在信息技术领域中起到了举足轻重的作用。
上个世纪，人们制备出了红外发光二极管LED和LD，实现了光通信和光信息处理。
随着社会经济的快速发展，人们对于信息技术的要求也越来越高，一直在不断的研究中寻求新的技术。
最近，ZnO材料由于其优越的性能引起了人们的研究热情。
氧化锌( ZnO) 作为一种新型的Ⅱ-Ⅵ族宽禁带化合物半导体材料，具有禁带宽度大（约3.37eV），相比与其他的宽带隙材料，其激子束缚能高达60meV，这使得ZnO在室温下有更高效率的机子发光，是一种在紫外和蓝光发射方面很有前途的新型光电子材料。
ZnO 材料的出现，让人们意识到了这种半导体材料在制备短波长发光器件中的研究潜力。
1.2 掺杂氧化锌的研究背景自从20世纪初透明导电氧化物（TCO）被发现，人们便开始在各种衬底沉积该种薄膜以使其用途多样化，现已在太阳能电池、液晶显示器、气体传感器、紫外半导体激光器以及透明导电薄膜等方面具有广泛的应用。
通过各种不同的掺杂，氧化锌( ZnO)能具有很好的光电性能，是光电器件极具潜力的材料.。
在熔融石英衬底上生长高质量的SrTiO3薄膜
在熔融石英衬底上生长高质量的SrTiO 3薄膜1邢 杰，高兴宇，姚坚毅中国地质大学（北京）材料科学与工程学院，北京 （100083）E-mail: xingjie@摘 要：利用磁控溅射技术在熔融石英衬底上生长了SrTiO3薄膜，然后对薄膜进行不同温度的后退火处理，利用X 射线衍射和扫描电镜表征薄膜的微观结构。
实验发现，未经退火处理的SrTiO3薄膜样品都是非晶态的，经过氧气氛退火处理后，薄膜开始结晶，晶化程度依赖于原位生长温度、退火温度和退火时间。
研究结果表明，原位生长温度大于550 oC ，后退火温度为700 oC ，退火时间不低于2个小时，可以保证在熔融石英衬底上获得一个完整、致密、结晶良好的SrTiO3薄膜。
关键词：SrTiO3 薄膜；无定形；结晶中图分类号：0484.1，0484.5 文献标识码：A0 引言钙钛矿结构的钛酸锶（SrTiO 3）氧化物由于其具有宽的禁带宽度（3.2 eV ），高的介电常数（∼330），和良好的化学和热学稳定性在基础和技术应用方面具有重要的研究价值。
作为衬底材料，SrTiO 3被大量用于生长氧化物薄膜；作为高电容率材料，它在动态随机存储、场效应管、CMOS 技术的门介电材料中具有潜在的应用价值[1-5]；此外，SrTiO 3及其衍生物在半导体器件、超导研究和光电子领域都有很丰富的特性[6-11]。
为与微电子和光电子平面工艺技术相兼容，同时降低单晶材料的成本，研制大面积和低成本的SrTiO 3薄膜已成为需求之一。
鉴于此，人们利用各种技术包括分子束外延（MBE ），脉冲激光沉积（PLD ），溶胶－凝胶法（sol-gel ），金属有机化学气相沉积法（MOCVD ）、磁控溅射法等来制备SrTiO 3薄膜[12-16]。
SrTiO 3薄膜的制备及其介电性和光学特性已经被广泛地研究和报道过，但是薄膜多是在Si 单晶基片上生长，在熔融石英玻璃上生长SrTiO 3薄膜的工作却非常有限[17]，本论文采用磁控溅射技术，选用普通的熔融石英玻璃作为衬底，成功地制备出了择优取向的SrTiO 3薄膜，我们发现衬底温度和后退火对于薄膜的完整性、致密性和结晶性都是非常必要的，而这些性能将直接决定薄膜在功能器件中的品质。
磁控溅射功率对掺Al氧化锌薄膜特性的影响
ＡＩｄ ｐｅ Ｏ ｌ ｓ ｂ － ｏ ｄ Ｚｎ ｆ ｍ ｙ ＲＦ ａ ｎ ｔ ｏ ｐ ｔｅ ｉ ｉ ｍ ｇ ｅ ｒ ｎ ｓ ｕ ｔ ｒｎｇ
Ｗ Ｕ Ｙｕ ・ ｏ，Ｌ ｎ ｘ ｅ，Ｌ ＩＳ ｅ ｇ，ＨＵＡＮＧ Ｌ ｉ ｅｂ ＵＯ Ｍｉ —ｕ Ｅ ｈ ｎ ｅ
（ ｃ ｏ ｌ ｆ ｃ ａ ｉ ｌ ｎ ｌｃｒ ａ Ｅ ｇ ｅｒ ｇ Ａ ｈ ｉ ｎｖｒｉ ｆ ｒｈｔｃｕ ｅ， ｆｉ ３ ６ １ Ｃ ｉａ Ｓ ｈ ｏ ｈ ｎｃ ｄＥｅｔｉ ｌ ｎｉ ｅｉ ， ｎ ｕ ｉ ｓ ｙｏ ｃ ｉ ｔｒ Ｈｅｅ ２ ００ ， ｈｎ ） ｏ Ｍｅ ａａ ｃ ｎ ｎ Ｕ ｅ ｔ Ａ ｅ Ａ ｓ ａｔ ｈ １ ｏｅ ｎ Ａ Ｏ） ｆｍ ｒ ｄｐｓｅ ｎ ｇ ｓ ｕｉ Ｆ ｍ ｇｅ ｏ ｐ ｔ ｒ ｇｔ ｈ ｏ ｇ ｂｔ ｃ ：Ｔ ｅＡ － ｐｄ Ｚ Ｏ（ Ｚ ｒ ｄ ｉ ｓａｅ ｅｏｉ ｄｏ ｌ ｓ ｓ ｇ Ｒ ａｎ ｔ ｎ ｓｕ ｅｉ ｅ ｎｌ ｙ ｌ ｔ ａ ｎ ｒ ｔ ｎ ｃ ｏ
（） ｏ ｒ ６ Ｗ ｃ ｐ ｗｅ＝１０
（） ｏ ｒ２ ０ ｄ ｐｗｅ ０ Ｗ ＝
图３ 样品Ｂ ｌ—Ｂ ４的 表 面 扫 描 电 镜 图
Ｆｉ Ｓ ｇ３ ＥＭ ｍａ ｅ ｆｓ ｍ ｐ ｅ ｉ ｇ ｓ ｏ ａ ｌｓ Ｂ１一Ｂ４
２２ Ｚ ． Ａ Ｏ薄膜的光学特性
图 ４是样 品 Ｂ Ｂ １一 ４在 ２ ０－ ０ ｍ范 围内的透射谱 ， ０ ８ ０ａ
水热法制备Co掺杂ZnO纳米棒及其光学性能
极 好 的抗 辐 射 性 能 和 化 学 稳 定 性 能 ， 的 外 延 低
生 长 温 度 和 大 尺 寸 衬 底 材 料 等 一 些 独 特 的 优
点， 被认 为是 继 Ｇ Ｎ之 后 又 一 种 迅 速 发 展 起 来 ａ
现象备受人们关 注。一方面 ， 因为对其所表现 出
的独 特磁 性 的理 解 涉 及 到 很 多 的基 础 性 物 理 问
Ｐ Ｓ ７ ．５ Ｅ ＡＣ ： ８５ ． ｔ Ｐ Ｃ ３ ５ Ｆ ７ ５ Ａ Ｃ： ２ ０ ； ８５ 文献 标 识 码 ： Ａ
中 图分 类 号 ： ４ ２ ３ ０ ８ ． １ ０ ７． ； ４ ２ ３
１ 引
言
本 较低 、 备 简 单 、 作 方 便 ， 制 备 一 维 Ｚ Ｏ 设 操 在 ｎ
第３ １卷
第 ２期
发 光 学 报
ＣＨＩ ＮＥＳ Ｊ Ｅ ＯＵＲＮＡＬ ＯＦ Ｌ ＵＭ Ｉ ＮＥＳ ＣＥＮＣＥ
２１ ０ ０年 ４月
文 章 编 号 ： ０ ０７ ３ （ ００ ０ －２３０ １０ －０ ２ ２ １ ） ２０ ５ －５
水热 法制备 Ｃ 掺杂 Ｚ Ｏ纳米棒 及其光学性能 ０ ｎ
纳 米发 光 器 件 方 面潜 力 很 大 。 近年 来 ， 稀磁 半 导 体 因表 现 出独 特 的磁 有 序
氧化锌薄膜的微观结构及其结晶性能研究
氧化锌薄膜的微观结构及其结晶性能研究陈首部;陆轴;兰椿【摘要】以普通玻璃作为衬底材料,采用射频磁控溅射方法制备了氧化锌(ZnO)透明导电薄膜,通过X射线衍射(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)测试,研究了衬底温度对薄膜微观结构及其结晶性能的影响.结果表明:所制备的ZnO薄膜均为(002)晶面择优取向生长的多晶薄膜,其微观结构和结晶性能与衬底温度密切相关.衬底温度对ZnO薄膜的织构系数TC(hkl)、平均晶粒尺寸、位错密度、晶格应变和晶格常数都具有不同程度的影响,当衬底温度为800 K时,ZnO薄膜样品的织构系数TC(002)最高(4.929)、平均晶粒尺寸最大(20.91 nm)、位错密度最小(2.289×1015 line·m-2)、晶格应变最低(2.781×10-3),具有最高的(002)晶面择优取向生长性和最佳的微观结构性能.%The transparent conducting oxide thin films of zinc oxide ( ZnO) were deposited on glass substrates by radio-frequency magnetron sputtering method . The influence of substrate temperature on the mirostructure and crystalline characteristics of ZnO thin films was investigated by X-ray diffraction ( XRD ) and X-ray photoelectron spectroscopy ( XPS ) , respectively . The results indicate that the deposited thin films with the hexagonal crystal structure are polycrystalline and have a strongly preferred orientation of (002) plane.The mirostructure and crystalline characteristics of the thin films are observed to be subjected to the substrate temperature .When the substrate temperature is 800 K, the deposited ZnO sample exhibits the best crystalline and microstructural properties , with the highest texture coefficient of (002) plane of 4.929, the largest average grain size of 20.91nm, t he minimum dislocation density of 2.289 ×1015 line· m-2 and the lowest lattice strain of 2.781 ×10 -3 .【期刊名称】《中南民族大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2017(036)004【总页数】6页(P67-72)【关键词】氧化锌;薄膜;微观结构;结晶性能【作者】陈首部;陆轴;兰椿【作者单位】中南民族大学电子信息工程学院,武汉430074;中南民族大学电子信息工程学院,武汉430074;中南民族大学电子信息工程学院,武汉430074【正文语种】中文【中图分类】TM914作为第三代新型半导体材料的主要代表之一，氧化锌(ZnO)不仅自然储量丰富、价格低廉、绿色环保，同时还具有优异的光电、光敏、压电和压敏等性质.它与硫化锌(ZnS)和氮化镓(GaN)相比，ZnO在室温条件下具有较宽的直接带隙和较高的自由激子结合能，是制备光电功能器件的优良材料，已被广泛应用于太阳能电池[1-5]、发光显示器[6-11]、半导体激光器[12]、紫外探测器[13]、声表面波器件[14]以及触摸控制面板[15]等领域具有广阔的应用前景.目前，制备ZnO薄膜的方法多种多样，如水热法[16]、溶胶-凝胶法[17]、化学气相沉积法[18]、原子层沉积法[19]、脉冲激光沉积法[20]、喷雾热分解法[21]和磁控溅射法[22-25]等，其中磁控溅射技术具有工艺简单、成膜均匀、致密性好、成本低廉、易于大面积制备等优点，因此得到了业界的广泛应用.ZnO薄膜的晶体质量及其性能与其制备工艺参数密切相关，其中影响较大的工艺因素有衬底温度、溅射功率和工作压强等，因此深入研究溅射工艺参数对ZnO薄膜微观结构的影响具有十分重要的意义.本文以普通玻璃作为衬底材料，采用射频磁控溅射方法制备ZnO薄膜样品，通过X射线衍射(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)测试表征，研究了衬底温度对ZnO薄膜微观结构及其结晶性能的影响.采用普通玻璃作为衬底材料，切割成大小为30 mm×30 mm的方块，实验时按照如下程序对玻璃衬底进行处理：(1)采用丙酮擦拭衬底表面，并用清水冲洗干净；(2)依次使用丙酮、无水乙醇和纯净水对衬底进行超声清洗13 min，以去除衬底表面的微粒和有机污染物；(3)在无水乙醇中煮沸，吹干待用.利用射频磁控溅射方法在玻璃衬底上制备ZnO薄膜样品，所用实验设备为KDJ-567型高真空复合镀膜系统，溅射源为直径50 mm、厚度4 mm的ZnO陶瓷靶材，它以ZnO粉体(999.99%)为原料通过常压固相烧结工艺制成.溅射制备ZnO 薄膜样品之前，将溅射室的真空度抽至5×10-4 Pa后通入99.999%的高纯氩气作为工作气体，并先采用氩等离子体对玻璃衬底表面清洗7 min，然后再预溅射10 min以清洁靶材表面和稳定系统，提高沉积ZnO薄膜样品的质量.实验时，衬底与靶材之间的距离为75 mm、溅射功率为200 W、工作气压为0.5 Pa、沉积时间为25 min、衬底温度为600～800 K.通过X射线衍射仪(Bruker advance D8型，德国Bruker公司)对ZnO薄膜样品进行晶体结构表征，测试时使用Cu Kα射线源(波长λ=0.1541 nm)，采用θ-2θ连续扫描方式，扫描速度为10°/min，扫描步长为0.0164 Å，扫描范围为20°≤2θ≤70°，工作电压为40 kV，工作电流为40 mA.利用X射线光电子能谱仪(VG Multilab 2000型，美国Thermo Electron公司)对ZnO薄膜样品进行XPS 分析，测试时本底真空度为2.0×10-6 Pa，X射线源为单色Al Kα射线源(hv=1486.60 eV)，采用C 1s结合能(284.60 eV)作为内标，对所有测试谱峰进行荷电校正.所的测试均在室温条件下完成.图1为不同衬底温度时ZnO薄膜样品的XRD图谱，由图可见，在2θ为20 °～70°的扫描范围内，所有ZnO薄膜样品在峰位2θ为30.9°和34.1°附近都出现了2个特征峰，比对ZnO的标准PDF卡片(JCPDS #36-1451，见图1)可以看出，这2个衍射峰分别与ZnO的(100)和(002)晶向相吻合.另外从图1中还可看到，衬底温度不同时，ZnO薄膜样品还存在有其它晶向的特征峰，如衬底温度为600和800 K时，分别显示有(110)和(103)晶面的衍射峰，而衬底温度为700 K时，则显示有(110)、(102)和(103)等多个晶面的衍射峰.上述XRD图谱结果表明，所制备的ZnO样品均为多晶薄膜，并具有六角纤锌矿结构.观察图1的XRD图谱还可以看出，衬底温度对衍射峰位2θ的影响较小，而对各个晶向的衍射峰强度的影响较大，为了评估ZnO薄膜样品沿某一晶面(hkl)的择优取向程度，本文采用织构系数(TC(hkl))来定量表征样品沿不同晶面生长的取向程度.织构系数TC(hkl)定义如下[26]：(1)式中，下标h、k、l表示密勒指数，TC(hkl)表示(hkl)晶面的织构系数，I(hkl)为ZnO薄膜样品在(hkl)晶面的衍射强度，Ir(hkl)为标准ZnO粉未试样(JCPDS #36-1451)在(hkl)晶面的衍射强度，n为计算时所取的衍射峰数目.TC(hkl)的数值越大，说明薄膜中有更多的晶粒沿(hkl)晶面生长，即薄膜在(hkl)晶面的择优取向性越好.表1列出了不同衬底温度时ZnO薄膜样品的织构系数TC(hkl)，由表1可见，当衬底温度为600、700和800 K时，ZnO薄膜样品的TC(002)值分别为4.916、4.363和4.929，均远远高于其它晶面的TC(hkl)数值，这说明所制备的ZnO样品都表现出明显的(002)晶面择优取向生长特征，并且衬底温度升高时，TC(002)的数值呈现出先减小后增大的变化趋势.可见，衬底温度从600 K增加到800 K时，虽然没有改变ZnO薄膜(002)择优取向生长特征，但是对其择优取向程度有一定的影响，当衬底温度为800 K时所制备的ZnO样品具有最高的(002)择优取向程度.其原因是：ZnO薄膜在(002)晶面的表面自由能密度是最小的，因此晶粒沿(002)晶面具有生长优势，在生长过程中晶粒极易沿c轴即(002)晶面平行于衬底的方向生长[27,28].图2为衬底温度800 K时所制备ZnO薄膜样品的XPS能谱图，由图2可见，XPS图谱上除了Zn和O原子的光电子特征峰之外，在284.6 eV处还存在有C1s特征峰，这可能是由于溅射镀膜时油扩散泵污染或者ZnO薄膜样品暴露在大气中吸附了CO2所造成的[29].图3(a)为不同衬底温度时ZnO薄膜样品的(002)衍射峰半高宽(B)数值，可见半高宽B的值与衬底温度密切相关，衬底温度增加时，半高宽B单调减小，当衬底温度为800 K时，ZnO薄膜样品(002)衍射峰的半高宽B最小值为0.392°，说明衬底温度为800 K时制备的ZnO薄膜样品具有最大的晶粒尺寸和最佳的结晶性能.ZnO薄膜样品的平均晶粒尺寸(D)可以根据谢乐公式[30]计算：(2)式中，K为谢乐常数(这里取K=0.89)，θ为所(002)晶面的布拉格角，B为(002)衍射峰的半高宽数值，λ为XRD测试时的X射线波长[31].图3(b)为不同衬底温度时ZnO薄膜样品的平均晶粒尺寸D，从图中3(b)看出，衬底温度对ZnO样品的平均晶粒尺寸D具有明显的影响.当衬底温度为600～800 K时，ZnO样品的平均晶粒尺寸D为9.73～20.91 nm，平均晶粒尺寸D随衬底温度增加而增大，当衬底温度为800 K时，ZnO薄膜样品的D值最大(20.91 nm).ZnO薄膜样品的位错密度(δ)[31]利用公式(3)计算获得：(3)式中，D为ZnO薄膜样品的平均晶粒尺寸.ZnO薄膜样品的位错密度δ随衬底温度变化的曲线如图4所示，可以看出，随着衬底温度的增加，δ呈现出单调减小的变化趋势，当衬底温度为800 K时，ZnO薄膜样品的位错密度δ最小为2.289×1015 line·m-2.ZnO薄膜样品的晶格应变(ε)可由下式[32]计算：(4)式中，K为由谢乐常数，θ为所(002)晶面的布拉格角，B为(002)衍射峰的半高宽数值.不同衬底温度时ZnO薄膜样品的ε值如图5所示，从图5看出，衬底温度对ZnO薄膜ε值具有明显的影响，ε值随着衬底温度的增加而逐渐减小，当衬底温度为800 K时，ZnO薄膜样品具有最小的晶格应变ε，其值为2.781×10-3. ZnO薄膜样品为六角纤锌矿结构，其晶格常数由公式(5)确定[33,34]：(5)式中，a和c为ZnO样品的晶格常数.对于(002)晶面，由(5)式可得：对于(100)晶面，(5)式可简化为：图6为不同衬底温度时ZnO薄膜样品的晶格常数a、c和c/a的数值，从图6看出，衬底温度增大时，a先减后增、c单调增加、c/a先增后减，在衬底温度的变化范围为600～800 K时，a、c和c/a的数值范围分别为0.32845～0.33608 nm、0.52259～0.52857 nm和1.57275～1.59411，这些结果与标准ZnO试样(JCPDS #36-1451)数据(a=0.32498 nm、c=0.52066 nm、c/a=1.60213)是一致的.文献[35,36]在研究掺钇ZnO和掺锂ZnO薄膜时也有类似的报道.ZnO薄膜样品的Zn-O键长(L)[37]可由公式(8)计算获得：(8)式中，a和c为ZnO薄膜样品的晶格常数，u与a、c之间满足关系式[37]：图7为ZnO样品薄膜Zn-O键长L随衬底温度的变化曲线，从图可知，衬底温度对ZnO薄膜的Zn-O键长L具有一定的影响，当衬底温度为600、700和800 K 时，ZnO样品的Zn-O键长L值分别为0.2002、0.19957和0.20337 nm，其结果与标准ZnO试样(JCPDS No. 36-1451)数据(L=0.19778 nm)基本一致.Anandan等人[35]和Srinivasan小组[36]在研究掺杂ZnO薄膜时也报道过类似的结果.采用ZnO陶瓷靶为溅射源材料，利用射频磁控溅射技术在普通玻璃衬底上制备了ZnO薄膜样品，通过XRD和XPS测试表征，研究了衬底温度对ZnO薄膜样品微观结构及其结晶性能的影响.结果表明，所有ZnO薄膜样品均为六角纤锌矿结构的多晶薄膜，并且衬底温度对薄膜生长特性及其微观结构性能具有明显的影响.衬底温度升高时，ZnO薄膜的织构系数TC(002)、晶格常数a和Zn-O键长L先减后增，平均晶粒尺寸D和晶格常数c单调增加，而位错密度δ和晶格应变ε则单调减小，当衬底温度为800 K时，ZnO薄膜样品的织构系数TC(002)最高为4.929、平均晶粒尺寸D最大为20.91 nm、位错密度δ最小为2.289×1015 line·m-2、晶格应变δ最低为2.781×10-3，所制备的ZnO薄膜具有最高的(002)晶面择优取向生长性和最好的微观结构性能.【相关文献】[1] Liu H, Avrutin V, Izyumskaya N, et al. Transparent conducting oxides for electrode applications in light emitting and absorbing devices [J]. Superlattices and Microstructures, 2010, 48 (5): 458-484.[2] Lee D, Bae W K, Park I, et al. Transparent electrode with ZnO nanoparticles in tandem organic solar cells [J]. Solar Energy Materials and Solar Cells, 2011, 95 (1): 365-368.[3] Bekci D R, Erten-Ela S. Effect of nanostructured ZnO cathode layer on the photovoltaic performance of inverted bulk heterojunction solar cells [J]. Renewable Energy, 2012, 43 (1): 378-382.[4] Sio A D, Chakanga K, Sergeev O, et al. ITO-free inverted polymer solar cells withZnO:Al cathodes and stable top anodes [J]. Solar Energy Materials and Solar Cells, 2012,98 (1): 52-56.[5] Tian C-S, Chen X-L, Ni J, et al. Transparent conductive Mg and Ga co-doped ZnO thin films for solar cells grown by magnetron sputtering: H2 induced changes [J]. Solar Energy Materials and Solar Cells, 2014 125 (1): 59-65.[6] Kim H, Horwitz J S, Kim W H, et al. Doped ZnO thin films as anode materials for organic light-emitting diodes [J]. Thin Solid Films, 2002, 420-421 (1): 539-543.[7] Cao H T, Sun C, Pei Z L, et al. Properties of transparent conducting ZnO:Al oxide thin films and their application for molecular organic light-emitting diodes [J]. Journal of Materials Science: Materials in Electronics, 2004, 14 (1): 169-174.[8] Kim H, Piqué A, Horwitz J S, et al. Effect of aluminum doping on zinc oxide thin films grown by pulsed laser deposition for organic light-emitting devices [J]. Thin Solid Films, 2000, 377-378 (1): 798-802.[9] Wang L, Swensen J S, Polikarpov E, et al. Highly efficient blue organic light-emitting devices with indium-free transparent anode on flexible substrates [J]. Organic Electronics, 2010, 11 (9): 1555-1560.[10] Chen M, Pei Z L, Sun C, et al. ZAO: an attractive potential substitute for ITO in flat display panels [J]. Materials Science and Engineering B, 2001, 85 (2-3): 212-217.[11] Yamamoto N, Makino H, Osone S, et al. Development of Ga-doped ZnO transparent electrodes for liquid crystal display panels [J]. Thin Solid Films, 2012, 520 (12): 4131-4138.[12] Pflumm C, Karnutsch C, Gerken M, et al. Parametric study of modal gain and threshold power density in electrically pumped single-layer organic optical amplifier and laser diode structures [J]. IEEE Journal of Quantum Electronics, 2005, 41 (3): 316-336. [13] Wang H,Long H,Chen Z,et al.Fabrication and characteri-zation of alternating-current-driven ZnO-based ultraviolet light-emitting diodes [J]. Electronic Materials Letters, 2015, 11 (4): 664-669.[14] Asmar R A, Atanas J P, Ajaka M, et al. Characterization and Raman investigations on high-quality ZnO thin films fabricated by reactive electron beam evaporation technique [J]. Journal of Crystal Growth, 2005, 279 (2): 394-402.[15] Tsay C-Y,Fan K-S,Lei C-M. Synthesis and characterization of sol-gel derived gallium-doped zinc oxide thin films [J]. Journal of Alloys and Compounds, 2012, 512 (1): 216-222.[16] Jin D-H, Kim D, Seo Y, et al. Morphology-controlled synthesis of ZnO crystals with twinned structures and the morphology dependence of their antibacterial activities [J]. Materials Letters, 2014, 115 (2): 205-207.[17] Malek M F, Mamat M H, Musa M Z, et al. Thermal annealing-induced formation of ZnO nanoparticles: Minimum strain and stress ameliorate preferred c-axis orientation and crystal-growth properties [J]. Journal of Alloys and Compounds, 2014, 610 (2): 575-588. [18] Martin A, Espinos J P, Justo A, et al. Preparation of transparent and conductive Al-doped ZnO thin films by ECR plasma enhanced CVD [J]. Surface & Coating and Technology, 2002, 151-152 (1): 289-293.[19] Oh B-Y, Kim J-H, Han J-W, et al. Transparent conductive ZnO:Al films grown by atomic layer deposition for Si-wire-based solar cells [J]. Current Applied Physics, 2012, 12 (2): 273-279.[20] Zhang D, Wang C, Zhang F. Oxygen pressure and measurement temperature dependence of defects related bands in zinc oxide films [J]. Vacuum, 2010, 85 (1): 160-163.[21] Sahay P P, Tewari S, Nath R K. Optical and electrical studies on spray deposited ZnO thin films [J]. Crystal Research Technology, 2007, 42 (5): 723-729.[22] Lee J, Gao W, Li Z, et al. Sputtered deposited nanocrystalline ZnO films: A correlation between electrical, optical and microstructural properties [J]. Applied Physics A, 2005, 80 (11): 1641-1646.[23] Jayaraj M K, Antony A, Ramachandran M. Transparent conducting zinc oxide thin film prepared by off-axis rf magnetron sputtering [J].Bulletin Materials Science, 2002, 25 (2): 227-230.[24] Heo G S, Gim I G, Park J W, et al. Effects of substrate temperature on properties of ITO-ZnO composition spread films fabricated by combinatorial RF magnetron sputtering [J]. Journal of Solid State Chemistry, 2009, 18 (12)2: 2937-2940.[25] 孙奉娄, 惠述伟. 衬底温度对射频溅射沉积ZAO透明导电薄膜性能的影响 [J]. 中南民族大学学报(自然科学版), 2009, 28 (2): 10-13.[26] Valle G G, Hammer P, Pulcinelli S H, et al. Transparent and conductive ZnO:Al thin films prepared by sol-gel dip-coating [J]. Journal of the European Ceramic Society, 2004, 24 (4): 1009-1013.[27] Caglar Y, Ilican S, Caglar M, et al. Effects of In, Al and Sn dopants on the structural and optical properties of ZnO thin films [J]. Spectrochimica Acta Part A, 2007, 67 (10): 1113-1119.[28] Lin S-S, Huang J-L. Effect of thickness on the structural and optical properties of ZnO films by r.f. magnetron sputtering [J]. Surface & Coatings Technology, 2004, 185 (2): 222- 227.[29] Briggs D. Handbook of X-ray and ultraviolet photoelectron spectroscopy [M]. London: Heyden & Son Ltd., 1977.[30] 陈首部, 孙奉娄. 基体温度对氮化钛涂层微观结构的影响 [J]. 中南民族大学学报(自然科学版), 2013, 32 (4): 59-63.[31] Lu Z, Long L, Zhong Z, et al. Structural characterization and optoelectrical properties of Ti-Ga co-doped ZnO thin films prepared by magnetron sputtering[J]. Journal of Materials Science: Materials in Electronics, 2016, 27 (3): 2875-2884.[32] Matheswaran P, Gokul B, Abhirami K M, et al. Thickness dependent structural and optical properties of In/Te bilayer thin films [J]. Materials Science in Semiconductor Processing, 2012, 15 (5): 486-491.[33] Pankove J I. Optical processes in semiconductors [M]. New York: Dover Publications, 1975.[34] Zhang T, Zhong Z. Effect of working pressure on the structural, optical and electrical properties of titanium-gallium co-doped zinc oxide thin films [J]. Materials Science-Poland, 2013, 31 (3): 454-461.[35] Anandan S, Muthukumaran S. Influence of Yttrium on optical, structural and photoluminescence properties of ZnO nanopowders by sol-gel method [J]. Optical Materials, 2013, 35 (12): 2241-2249.[36] Srinivasan G, Kumar R T R, Kumar J. Li doped and undoped ZnO nanocrystalline thin films: a comparative study of structural and optical properties [J]. Journal of Sol-GelScience and Technology, 2007, 43 (2): 171-177.[37] Murtaza G, Ahmad R, Rashid M S, et al. Structural and magnetic studies on Zr doped ZnO diluted magnetic semiconductor [J]. Current Applied Physics, 2014, 14 (2): 176-181.。
石英基底的ITO薄膜制备及光电性能
石英基底的ITO薄膜制备及光电性能徐书林;胡志强;张临安;聂铭歧;张海涛【摘要】采用脉冲磁控溅射法在高纯石英基底上制备了氧化铟锡(ITO)透明导电薄膜.通过X射线衍射仪、扫描电镜对石英基底上ITO薄膜的微观结构及表面形貌进行了分析,并且研究了溅射气压、溅射时间和衬底温度等工艺参数条件对以石英玻璃作基底制备的ITO薄膜的光电性能的影响.结果表明,在以石英为基底的氧化铟锡透明导电膜,在气压0.7 Pa、溅射功率45 W条件下,基片温度为300℃,溅射时间为45 min时,可见光透过率达83％,方块电阻达到5 Ω左右.【期刊名称】《大连工业大学学报》【年(卷),期】2015(034)001【总页数】4页(P60-63)【关键词】氧化铟锡薄膜;脉冲磁控溅射;石英【作者】徐书林;胡志强;张临安;聂铭歧;张海涛【作者单位】大连工业大学新能源材料研究所,辽宁大连 116034;大连工业大学新能源材料研究所,辽宁大连 116034;大连工业大学新能源材料研究所,辽宁大连116034;大连工业大学新能源材料研究所,辽宁大连 116034;锦州新世纪石英(集团)有限公司,辽宁锦州 121000【正文语种】中文【中图分类】TB321近年来，导电氧化物薄膜作为透明导电薄膜已在薄膜研究中占据主导地位，其中氧化铟锡（ITO，In2O3：Sn）薄膜是目前研究和应用最广泛的透明导电薄膜之一。
ITO薄膜具有立方体铁锰矿结构，禁带宽度为3.5eV［1］，具有较高的功函数，因此其具有很高的导电率（电阻率低于7× 10－5Ω·cm）、很高的可见光透过率（大于80%）、良好的机械强度和化学稳定性［2］，在平板液晶显示器、薄膜晶体管制造、红外辐射反射镜涂层、太阳能电池透明电极以及火车飞机玻璃除霜、建筑物幕墙玻璃等方面应用广泛［3－6］。
ITO薄膜基底一般多为透明玻璃、陶瓷、单晶材料等材料［7］，其中石英玻璃具有耐高温、耐酸性（氢氟酸除外）、膨胀系数低、耐热震性、化学稳定性，电绝缘性能良好，并能透过紫外线和红外线。
氮掺杂p型MgxZn1-xO薄膜的制备及其表征
２０ 年 ８月 ０８
吉林师 范大 学学报 （ 自然科 学版 ）
Ｊｕ ａ ｏ Ｊｉ ｏ ａ Ｕ ｉ ｒ ｔ Ｎ ｔｒ ｃ ｎｅＥ ｉ ｒ ｏｒ ｌ ｆ ｉｎＮ ｒ ｌ ｎｖ ｓｙ（ ａ ａ Ｓ ｉ ｃ ｄ ｉｆ ｎ ｌ ｍ ｅｉ ｕｌ ｅ ｔ ） ｏ
氮分压增加时 ， Ｎ反应 形成 Ｎ ２ Ｏ 子数 目 与 Ｏ的 原 增加 ， 导致与 Ｍ 、Ｉ ｇＺ 反应 的 Ｏ原子数 目减少 ． Ｍ 比 Ｚ 优先 ｌ 而 ｇ Ｉ ｌ
与剩下 的 Ｏ原子结合形成 Ｍｇ ， ０ 导致 只有部分 Ｚ 能够跟 Ｏ结合 形成 Ｚ Ｏ． 反应的 Ｚｌ 以原子 的形 式沉积到 ｎ ｎ 未 Ｉ 将 衬底上继而 因高 的衬底温度发生二次蒸发离开衬底 ， 导致薄膜中 Ｚ 含量减小 ， Ｍｇ Ｉ ｌ 即 含量增大 ． 当对 由氮分压不
中图分类 号 ：４２ ， ７ ＋．，４４ １ 文 献标识 码 ： 文章 编 号 ： ０— ４－２０） ． １— ０７ ＋ ３０ ２ ４Ｏ８ ． ４ Ａ １ ０１ ０（ ８０ ０ ２ ７ ０ ８ ０ ３０ ０
１ 引 言
ＺＯ是一 种重要 的宽带 隙半 导体材 料 ， 温下 能隙宽 度约 为 ３３ Ｖ， ｎ 室 ．７ｅ 激子束 缚 能高达 ６ ｅ 是室 温 ０ｍ Ｖ， 及 高温 下紫外 发光器 件 的理想 材料 ． Ｊ近几 年 ， 多研究 小组 已经报 道 了 ＺＯ同质 ｐｎ的电致 发 光 ． 很 ｎ － 但 是， 这些 Ｚ Ｏ同质 ｐｎ的 电致 发光 不是来 自带边 电子 一 或激子 复合 ， ｎ － 空穴 而是 缺陷复合 或 ＤＡ对 复合 ， ＿ 导致 发光波 段不是 在紫外 而是 在 ４０Ｂ ０ ｉ ｎ以下 ． 了实 现 Ｚ Ｏ的紫外 电致 发 光 ， 要 制 备异 质结 构 对载 流 子 和 为 ｎ 需 光子进 行双 重 限制 ． 中设 计 制备 以 ＺＯ基 超 晶格或 量子 阱作 为激 活层 的发光 二级 管是一 个 很重要 的途 其 ｎ 径． 目前 ， ＺＯ合 金作 为该类 结构 的理想 垒层材 料受 到人们 的关 注 ． Ｍｇｎ 目前制 备 Ｍ ｎ一Ｏ合 金 薄膜 的方 法有很 多 ， ‰Ｚ 常用 的方法 有 如 下几 种 ： 分子 束外 延 （ Ｅ 光 脉 冲 ＭＢ ） 法 ， 用高 纯氩 气 和 氮气作 为 溅射 气 体 ， 在石 英 衬底 上生 长 了一 系列 Ｍ ｎ一Ｏ合 金薄膜样 品 ． Ｚ 与其 它文献 报道不 同 的是 ， 文通过改 变氮分压这一 简单 的途径来 控制 本
sol-gel方法。。
Enhanced photo-induced hydrophilicity of the sol –gel-derived ZnO thin films by Na-doping (溶胶凝胶法制得的钠掺杂的ZnO 薄膜的光诱导亲水性)摘要:具有不同钠/锌比值的钠掺杂ZnO 薄膜采用溶胶凝胶法制得。
薄膜的微观结构，化学成分，表面形貌，以及薄膜的可湿性可通过X -射线衍射，X 射线光电子能谱（XPS ），扫描电镜和水接触角装置进行观察。
薄膜的润湿性和钠 /锌比值关系已详细研究。
通过交替紫外线水性随着薄膜钠/锌比值增加到高达0.08，然后下降。
该机制可能是由于表面纳米结构和钠的掺杂浓度诱导。
通过溶胶凝胶法在石英玻璃和硅衬底上生长钠掺杂的ZnO 薄膜钠掺杂氧化锌薄膜制备方法：乙二醇甲醚和乙醇胺分别被用作溶剂和稳定剂。
二水醋酸锌（Zn(CH3COO)2·2H2O ）在室温下溶解于乙二醇甲醚和乙醇胺混合物中。
乙醇胺和醋酸锌的摩尔比为1:1，醋酸锌浓度为0.5 mol/ L 。
不同数量的氯化钠被加到上述的溶解物中，钠/锌的原子比分别为0，0.02，0.04，0.08和0.10（这些薄膜分别命名为氧化锌，氧化锌：钠 2％，氧化锌：钠 4％，氧化锌：钠8％，与ZnO ：Na 10％）。
溶解物在60◦ç被搅拌120分钟，在此过程中使用磁力搅拌器来获得清晰，均匀透明溶胶，作为溶胶涂层后维持一天。
石英玻璃和硅被用来作为衬底。
氧化锌薄膜通过一个转速为3000rpm 自旋涂层法自旋30秒获得。
凝胶薄膜在150◦C 温度下被干燥10分钟，此过程重复10次。
这些涂层薄膜在800◦C 的空气中退火处理60分钟。
第一步：获得溶解物第二步：二水醋酸锌（Zn(CH3COO)2·2H2O） 溶解 乙二醇甲醚和乙醇胺混合物乙醇胺和醋酸锌的摩尔比为1:1，醋酸锌浓度为0.5 mol/ L2、Effects of substrates and seed layers on solution growing ZnO nanorods （衬底和籽晶层对熔融法制的ZnO 纳米棒的影响）摘要：定向ZnO 纳米棒通过二阶段法制得，包括低温条件下在硝酸锌和六次甲基四胺水溶液中不同衬底籽晶层的合成和氧化锌纳米棒的生长。
半导体材料ZnO专题介绍
3.2 化学气相输运法................................................14
4.ZnO的薄膜的制备.................................................16
5.2 ZnO的问题与挑战...............................................23
5.3 ZnO的前景.....................................................24
谢 辞..............................................................25
近年来，氧化锌开始被用作半导体材料。日本岛根大学2008年11月18日宣布开发出一种在光线照射下能发出荧光的氧化锌纳米粒子，其发光稳定且安全，可应用于尖端医疗领域。【1】
1.2 基本性质
1.2.1 晶体结构
ZnO可以有三种可能的晶体结构。如图1所示，分别为闪锌矿型结构（与金刚石类似，可看成氧原子FCC排列，4个锌原子占据金刚石中晶胞内四个碳原子的位置），纤锌矿型结构(六方结构，氧原子层和锌原子层呈六方紧密排列)和立方岩盐结构（即NaCL型结构）。【2】
1.2.3.2透明导体特性
ZnO的光学透明性是由宽禁带引起的。ZnO带隙宽，对可见光和红外光吸收很小，基本上是透明的。蒋向东等人在假定可见光和红外辐射吸收为零的情况下，推导出ZnO在可见光和红外区的理论透过率为76%~96%；实验测量值为70%~90%，与理论值还是相符的。ZnO的透光率与膜厚、衬底温度等因素有关。一般地，膜厚增加，吸收增加，透光减少。ZnO的导电性主要不是依赖本征激发，而是靠附加能级的电子或空穴激发。ZnO半导体附加能级的产生和它的化学计量比偏移即氧过剩(造成氧空位)或氧不足(造成锌填隙)有关。化学计量比偏移程度在技术上很难控制，实际生产是用掺杂A1203的方法来控制ZnO薄膜的导电性。ZnO的导电性也受膜厚影响。一般地，膜厚增加，导电增强。电阻率急剧下降(比透光率下降明显得多)；当膜厚增加到一定厚度时，电阻率不会再继续下降，而是趋于一个饱和值。【9】
生长温度对立方MgZnO薄膜生长取向和紫外光吸收特性的影响
生长温度对立方MgZnO薄膜生长取向和紫外光吸收特性的影响彭赛;吕有明;韩舜;曹培江;柳文军;曾玉祥;贾芳;朱德亮【期刊名称】《发光学报》【年(卷),期】2014(035)008【摘要】利用脉冲激光沉积技术在非晶石英衬底上制备立方结构Mg,ZnO薄膜,并研究MgZnO薄膜结晶特性、光学带隙随生长温度的变化情况.当生长温度从150℃升高到700 ℃时,MgZnO薄膜的生长取向由(200)向(111)转变.在600℃以下,MgZnO薄膜光学带隙的变化规律与品格中Mg和Zn原子比例的变化趋势是一致的;而当温度升至700℃时,虽然MgZnO品格中Mg和Zn原子比例降低,但由于平均晶粒尺寸变大,薄膜的光学带隙反而上升.在300℃和700℃品格匹配的情况下,获得了单一(200)和(111)取向的立方MgZnO薄膜.【总页数】6页(P939-944)【作者】彭赛;吕有明;韩舜;曹培江;柳文军;曾玉祥;贾芳;朱德亮【作者单位】深圳大学材料学院深圳市特种功能材料重点实验室,广东深圳518060;深圳大学材料学院深圳市特种功能材料重点实验室,广东深圳518060;深圳大学材料学院深圳市特种功能材料重点实验室,广东深圳518060;深圳大学材料学院深圳市特种功能材料重点实验室,广东深圳518060;深圳大学材料学院深圳市特种功能材料重点实验室,广东深圳518060;深圳大学材料学院深圳市特种功能材料重点实验室,广东深圳518060;深圳大学材料学院深圳市特种功能材料重点实验室,广东深圳518060;深圳大学材料学院深圳市特种功能材料重点实验室,广东深圳518060【正文语种】中文【中图分类】O484.1【相关文献】1.不同Ar/O2气压比例条件下立方MgZnO薄膜生长特性及紫外光吸收特性 [J], 韩舜;彭赛;曹培江;柳文军;曾玉祥;贾芳;朱德亮;吕有明2.衬底温度和生长速率对In0.2Ga0.8As分子束外延薄膜生长影响 [J], 白晨皓;杨瑞霞;张强;贾月辉3.氨化时间和膜厚对Si(Ⅲ)上AIN薄膜生长取向的影响 [J], 胡丽君;庄惠照;薛成山;薛守斌;张士英;李保理4.生长温度和化学剂量比对MgZnO合金薄膜相结构的影响 [J], 吴春霞;申德振;范希武5.界面对金属诱导硅[111]取向薄膜生长的影响 [J], 胡承威;夏晓红;鲍玉文;高云;;;;因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
文章编 号： １ ０ ．７ １ ０ ７增 刊．０ ００ ０ １ ３（ ０ ） ９ ２ １ １－４ －
ｌ 引 言
近年来 ，国际上对 稀磁 半导体 （ ＭＳ 材料 的研 究 Ｄ ） 非常热 门，这 是因为与普通 的非磁性半 导体材 料相比 ， 稀磁 半导 体材料 同时具有 可 以调节 的 电子 电荷 自由度 和 电子 自旋 自由度 ， 因而在新 型的 自旋 电子学器件包 括 磁 光、磁 电器 件 中将有 重要应 用【 。尤其是 ，国 际上 】 Ｊ 对 ＺＯ基 Ｄ ｎ ＭＳ材料 的研究相 当活跃，这是因为 Ｚ Ｏ ｎ 的宽带 隙 （ 室温下 ３３ ｅ 特性将使 Ｚ Ｏ基 Ｄ ．７Ｖ） ｎ ＭＳ材料
摘
要 ： 采用 电子束反 应蒸发 法 ，（ Ｏｙ ｎ ） （， Ｍｎ ）Ｚ Ｏ １ ） （ ．
量Ｘ ，另一方面还取决 于材 料制备 的工艺条件 。首 先，
ｔ ． ＞０ ３）陶瓷靶作 为蒸发 源 ，高 含量 的 Ａ ／ ２ ｒ 混合 气 Ｏ
从掺杂角度看 ，Ｍｎ含 量 Ｘ较 低时（ 常 ≤０ ４８ ，Ｍｎ 通 ． 【） ４ 作 为替位杂质 （ 即掺 入的 Ｍｎ取代 Ｚ Ｏ 晶格 中 Ｚ ｎ ｎ的位 置 ）被掺入到 Ｚ Ｏ晶格 ，形 成类 Ｚ Ｏ结 构的六 方相、 ｎ ｎ 纤锌矿 结构 Ｚ １ＭｎＯ； 含 量 Ｘ 高时（ 常 ≥０５ ， ｎ． ￣ Ｍｎ ｘ 较 通 ．）
则 Ｚ ｎ作 为杂质 成分被掺入 到 Ｍｎ 晶格 ，最终有 可能 Ｏ 形成类 Ｍｎ Ｏ结构 的立方 相、岩盐矿 结构 Ｚ ＭｎＯ； ｎ． ｘ 而 ｘ 在 ０４ ＜ｘ ． 时往 往得到六 方纤 锌矿 相和立方岩 盐 ．４ ＜０５ 矿 相 共 存 （ 六 方 纤 锌 矿 相 和 其 它 晶 相 共 存 ） 的 或
为反应气体 ， 在石 英玻璃衬底 上生长得到 Ｍｎ含量 超过 ５ ０％ （ 原子分数 ） Ｚ １ ｖ 薄膜 。场发射扫描 电子 的 ｎ． Ｉ ｎ 显微镜 和 ｘ射 线衍射测 量显示 ｘ ． Ｚ １ｖ 薄 ＞Ｏ ５的 ｎ． Ｉ ｎ 膜 呈单一晶相 的立 方相 、 盐矿 结构 。 岩 这与采用 ａ ｉｏ ｂｉ ｆ ｎｉ 方法计 算得 到的结 果 一致 （ 为简化 ，计 算时未 考虑 作
的居里温度超 过室温 【。同样 由于 Ｚ Ｏ 的宽带隙特 性 ， ４ Ｊ ｎ 将使得过渡金 属元 素掺杂 的 Ｚ Ｏ 材料仍具有对 可见光 ｎ 透明的特 征 。 是， 但 迄今为止所 制备得到 的 Ｚ Ｏ基 Ｄ ｎ ＭＳ 材料 ，例如 采用激光分 子束外延 （ ． Ｅ Ｊ ＬＭＢ ） 、脉冲 激 光沉积 （ Ｌ Ｉ 】金属有机 化学气相沉积（ Ｃ ）Ｊ Ｐ Ｄ）６ 、 ． ７ ＭＯ ＶＤ 隅、
Ｍｎ的 自旋 的影响 ）即对 于 ≥０５的 Ｚ 】 ｎＯ材料体 ， ． ｎ． ｘ ￣ｌ 系， 其取类 Ｍｎ Ｏ的立方岩盐矿 结构比取类 Ｚ Ｏ的六方 ｎ
相 纤锌 矿结构 更稳 定。对石 英玻璃基 Ｚ １ＭｎＯ薄膜 的 ｎ． ｘ ｘ 紫外． 可见透射 光谱测量表 明，随着 Ｍｎ含 量从 ０增 大 到 ０６ ，Ｚ １ ｘ 薄膜 的光学带 隙从 ３３ｅ 增 大到 ． ８ ｎ． Ｏ ， ， Ｍｎ ． Ｖ ５ ５ ２ Ｖ．磁 性测量结果表 明 ，所制备 立方 Ｚ ｏ２ Ｉ ８ ．ｅ ０ ｎ．Ｍｒ＿０ ３ ｏ ６ 薄膜在 室温下没有表现 出宏 观磁性 ． 关键词 ： 电子束反应蒸 发 ；立方 Ｚ ＪＭｎ ９薄膜 ：光 ｎ． ３ ￣
中图分类号 ： ０ ７ ４２
文献标识码 ：Ａ
长，则 需要有相对较 高的衬底温度 、较 高的反应粒子能
量及 较低的生 长速率 。 因此 ， 在生 长 Ｚ １ＭＤ 过程 中， ｎ Ｍｎ含量 Ｘ的高低及生 长条件是 否适 当对于在 生长初 期 究竟 是形 成六 方相还是立 方相 的 Ｚ １ＭｎＯ晶核是十 分 ｎ． ｘ ｘ 关键 的 。若能 成功 制备 出过 渡金 属元 素掺 杂 的立 方 相 Ｚ Ｏ基 Ｄ ｎ ＭＳ材 料 ，例如立 方相 Ｚ １ ￣ ｎ． Ｏ材料 ，对 于 ｘ Ｍｎ 丰 富 Ｚ Ｏ 基材 料的结构多样 性、研究 其形成 机理 以及 ｎ 微 结构和磁特性之 间的关系等 ， 都具有重 大科 学意义和 应用 价值 。
学和磁学特性
Ｚ 。ＭｎＯ 材料 。其次，从材料 生长条件 的角度 看，形 ｎ． ｘ ￣ 成 ｃ轴 择优取 向的纤锌矿 结构 Ｚ １ＭｎＯ材料所 需的能 ． ｎ． ， ｘ 量较低 低
表面 能这一特 征有关 ，我们在 电子束反应蒸 发 （ Ｂ Ｅ） ＥＲ 生长 Ｚ Ｏ 基 晶体薄膜过程 中发现 ，相对较低的生长温 ｎ 度 和较 高生长速率条件容 易使薄膜 长成六 方相 、 纤锌矿 结构 ；而要使其它 晶面如 （ ０ ）面 和 （ １ ）面择优生 １０ １０
２ 实
验
采用 Ｅ Ｒ Ｂ Ｅ制备立 方相 Ｚ １ＭｎＯ 薄膜 ， Ｍｎ ｙ ｎ． ｘ ｘ ￣（ Ｏ）
（ｎ ） （ ｍ Ｏ ｙ为摩尔 百分 比，ｙ ．）陶瓷靶材为源材 ， ＝０３ 石 英玻璃为衬底 。生长室 本底 真空度 ｌ ｌ－ ａ 底温 ｘ Ｏ Ｐ 。衬
度 ３ ０ ５ ℃，生长 过程 中向生长室 充入纯 度 ９ ． ％ ５ ￣４ ０ ９９ ９ 的 Ａｒ 混合气 ，混合气 ＶＡｒ ： Ｏ ） ／ Ｏ２ （ ） ２＝１： ～３：１ １ ， 充 入 Ａ Ｏ 混合气后生 长室 内气压在 ２５ ．×１＂Ｐ ， ｒ ｆ ２ ．～３５ ０ ａ
维普资讯
助
能
妨
许
２０年增刊 （ ） ０７ ３ 卷 ８
石英衬底上生 长 的立方相 Ｚ ｌＭ ０ 薄膜及其 光学 、磁 学特性木 ｎ
，施 红 军 ２ 邱 东江 ，罗孟 波 丁扣 宝 ２ ，
（． １ 浙江大 学 物 理系 ，浙江 杭 州 ３ ０ ２ ；２浙 江大学 信 电系 ，浙 江 杭州 ３ ０ ２ ） １ ０ ７ ． １ ０ ７