用RF磁控溅射法制备锂氮共掺p型氧化锌
磁控溅射法制备氮掺杂的氧化锌薄膜
平均晶粒大小由 Scherrer公式计算 :
D =β0c1o9λsθ。
(1)
这里 ,参数 λ,θ,β分别是 X射线波长 ,布拉格衍射角
和此布拉格衍射角所对应峰的半高宽 。来自于 X 射
线衍射峰的参数 θ,β的值由高斯拟合得来 。在不同
条件下生长的样品中的平均晶粒大小的计算结果列
图 1 各种不同条件下沉淀的 ZnO薄膜样品 的 X射线衍射图
ezz ,
(3)
第 2期 肖锋伟等 :磁控溅射法制备氮掺杂的,是弹性常数 ( c11 = 211 ×1011 N /m2 , c33 = 211 ×1011 N /m2 , c12 = 211 ×1011 N /m2 , c13 = 1105 ×1011 N /m2 ) , 这样就有由于晶格常数 c的改变而产生的
31316 - 61588
31290 - 91476
31375 - 91476 -
31387 91476
31386 - 91493
31288 - 81663
2 结果与讨论
211 X射线衍射 在不同条件下生长处理过的样品的 X 射线衍
射结果如图 1所示 。
(16 000 cp s)比其他样品 ( 4 000 cp s左右 ) 高出很 多 ,并且没有其他衍射峰的一点迹象 ,说明薄膜的晶 体质量较好 。样品 2和样品 4 都是比其各自对应的 样品 1和样品 3在溅射过程中多加入了氧气 ,可以 看出加入氧气后 X 射线衍射图像中除 [ 0002 ]峰外 的其他峰都完全消失 ,并且 [ 0002 ]峰的强度都有不 同程度的增加 ,说明充足的氧气是溅射法制备高质 量氧化锌材料的条件之一 。X射线衍射还显示 ,所 有样品的 [ 0002 ]峰位与粉体氧化锌 ( 34143°)相比 都偏小 ,且 c轴晶格常数值 (列于表 1中 )都大于氧 化锌块体的值 (51205A °) 。由此可见样品中晶粒的 状态是 ,薄膜中晶粒之间相互挤压 ,晶胞沿 c轴被拉 长 ,垂直于衬底方向的张应力和平行方向的压应力 并存 。
磁控溅射法氧化锌薄膜的制备和光学性能研究的开题报告
磁控溅射法氧化锌薄膜的制备和光学性能研究的开题报告
一、课题背景
氧化锌薄膜是一种很有应用前景的透明导电薄膜材料，具有透明性好、电导率高等优点。
近年来，以氧化锌为主要材料的透明导电膜在光学器件、显示器、太阳能电
池等领域得到广泛应用。
其中，磁控溅射法是一种制备高质量氧化锌薄膜的有效方法。
本课题旨在通过磁控溅射法制备氧化锌薄膜，并对其光学性能进行研究，为该材料在实际应用中的推广和应用提供基础研究支撑。
二、研究内容
1. 氧化锌薄膜的制备
本研究采用磁控溅射法制备氧化锌薄膜，探究制备条件（包括沉积时间、电流密度、溅射功率等）对膜质量的影响。
2. 氧化锌薄膜的表征
对制备的氧化锌薄膜进行表征，包括采用X射线衍射仪（XRD）分析薄膜的结晶属性；使用扫描电子显微镜（SEM）观察薄膜的表面形貌；利用傅里叶变换红外光谱
仪（FTIR）分析薄膜的化学键；进行膜厚测量和光学透过率测试等。
3. 氧化锌薄膜的光学性能研究
通过测试氧化锌薄膜的光谱反射率和透过率，研究其光学性能。
在此基础上，探究氧化锌薄膜的吸收系数、折射率等参数。
三、研究意义
本研究对氧化锌薄膜的制备和表征提供了基础研究，有助于推动该材料在实际应用中的推广和应用。
同时，通过对氧化锌薄膜的光学性能研究，有助于对该材料的性
质和适用范围有更全面的认识，为相关领域的研究提供参考和借鉴。
B-N共掺p型ZnO薄膜的制备及性质研究
掺 的 Ｐ型 Ｚ Ｏ薄膜的导电机制 ． ｎ
关键 词 ： 射频磁控溅射； Ｏ薄膜；－ 共掺 Ｚ ｎ ＢＮ
中图分类号 ：４２ 文献标识 码 ： 文章编 号 ：６４ ８３（ １）１ ００ ３ ０７ Ａ １ － ７． ０００． ２－ ７３ ２ ０ ０
０ 引 言
的利 用 施 主 和 受 主共 掺 杂 提 高 受 主杂 质 在 ＺＯ 中 ｎ
我们 知道 ， 紫外发 光 二极 管 或激 光 器 的制 备 需要 高 膜 ． 同时 ， ＢＮ共 掺 的 Ｐ型 ＺＯ薄膜 的结构 ， 对 ． ｎ 组分 ， 质量 的 Ｚ Ｏｐｎ ， 其 是 同质 ｐｎ结 ， 不仅 需 要 电学及 光学性 质进行 了研 究 ． ｎ －结 尤 － 这
子发光 ， 被认为是制备紫外发光二极管和紫外激光
×１～ ａ气体流量分别被两 为 了获得 Ｐ型 ＺＯ半 导体材料 ， 年来 ， 们从 溅射室预抽真空至 ４ ０ Ｐ ． ｎ 近 人
溅 ２ ｅｍ，２ 物理 方法和生 长技术 两个方 面对 这些 问题进行 了广 种 流量计 控制 ， 射 过 程 中 Ｎ 的 流量 为 ８ｓｅ ０
泛的研究． 许多生长技术 ， 掺杂元素和衬底材料被用 的流量为 ３ ｃ ， ２ｓ ｍ 溅射气体（２ ０） ｃ Ｎ＋ ２ 压强控制在 １ ． ０ 于 Ｐ ＺＯ半导体 的制备 中． 近， ａ ａ ｏ 提出 Ｐ 左右． 型 ｎ 最 Ｙｍ ｍ ｔ ｏ ａ 靶材与衬底的距离为 ６ ｍ， 溅射时间为 １ ｅ 小
磁控溅射法制备ZnO薄膜在不同衬底上特性
磁控溅射法制备ZnO薄膜在不同衬底上的特性摘要在这项研究中，我们研究在不同O2/Ar反应气体比例下含氧衬底和无氧沉积衬底上的ZnO而结晶度是从沉积在玻璃上的氧化锌上观察到的。
所有的薄膜中发现有压应力，这是由环境中的氧气退火松了一口气。
当在O2/Ar比为氧化锌薄膜沉积在玻璃显示p型导电，而对那些取得了氮化硅p型导电4时，在O2/Ar比准备。
此外，较浅氧填隙似乎是从薄膜找到更好的结晶。
在对Zn2p3 / 2的结合能最大的转变是观察到氧化锌编写的玻璃在O2/Ar比为，而这是由氧化锌的O1s得到氮化硅沉积在O2/Ar对4的比例。
一个模型，提出了氧的扩散和氢脱附条件来解释观察到的特性基板和O2/Ar比值的变化而定.1．简介氧化锌（ZnO）被称为是一宽能隙（eV）的一个大激子束缚能（60毫电子伏特）的半导体。
它拥有众多的应用领域，诸如光电子学和信息显示无论是透明的电极或氧化物半导体。
特别是，ZnO薄膜作为对最近与一个玻璃或塑料基板在低温下良好的效率薄膜晶体管制造新型材料出现[3-5]，这是透明的软性电子的重要，例如，下一代信息显示屏。
对尚未为与优质可靠的设备的开发解决的根本问题之一是在确保为更容易在反兴奋剂设备制造高电阻和稳定的掺杂p型ZnO薄膜的困难。
p型ZnO薄膜的制备仍然是一个挑战，由于受主掺杂，深受体水平低的溶解度，以及自我受体掺杂补偿的内在捐助者[6,7] 许多研究组[8-12]先前研究未掺杂ZnO的制备采用磁控溅射，脉冲激光沉积，化学气相沉积法在不同反应气体之间的比率，即Ar和O2的电影。
p型ZnO的形成进行了观察到的薄膜在O2丰富的条件下存放。
然而不幸的是，基片的温度不低的制造工艺，这是如宽领域的信息透明的电子显示器或兼容的应用所必需的。
ITO导电性能的其中一项或通常使用的电介质制备氧化锌ZnO薄膜的特点，必须认真利用这些应用领域充分发挥其潜力. 在这项研究中，我们研究氧化锌的性质在最近的显示技术使用的各种衬底。
磁控溅射制备N-金属共掺杂p型ZnO透明导电薄膜可行性报告
【MeiWei81-优质实用版文档】NC市20GG年科技计划项目可行性研究报告计划类别：____________________________________________项目名称：___________________________________________________项目类别：--------------------------------------------课题名称：磁控溅射制备 N -金属共掺杂p型ZnO透明导电薄膜申请单位：JG科技师范学院JG省材料表面工程重点实验室（盖章）项目（课题）负责人：LWK起止年限：20GG.4-20YY.12通讯地址、邮编：JG科技师范学院材料表面丄程研究所—300000联系电话、传真：0700-30000010701-300000报告编制单位：JG科技师范学院—、总论（一）项目的主要内容及技术原理简述本项目的主要内容是通过磁控溅射方法，以 Zn合金靶材为原料，制备性能良好的p型氧化锌透明导电薄膜。
磁控溅射方法是一种先进的薄膜材料制备方法，广泛应用于工业生产和科学研究。
本项目以本项目拟采用反应磁控溅射方法，以Zn合金靶为靶材，以NO和NH3/O2 为气氛和N源，以Mg、Al、Cu为共掺杂金属，通过调整工艺参数，研制p 型。
用四探针法测试材料的电阻，用紫外-可见分光光度计测试材料的透过率，用霍尔效应测试仪测量材料的导电类型、载流子浓度、迁移率等电学性能，用TEM、GPS、SEM、GRD、AFM等分析测试手段分析材料的显微结构、表面形貌，化学组成、界面情况等。
在保证较高的光学性能的同时，使材料具有中等的电导性能，较高的载流子浓度和迁移率，成功制备出 p 型导电的 ZnO 透明导电薄膜，并进一步进行制备同质 p-n 结的研究工作。
（二）项目的目的和意义ZnO 透明导电薄膜是具有广泛应用前景的透明半导体材料，为了获得同质 p-n 结，制备 p 型导电的 ZnO 薄膜具有重要的学术意义和应用价值。
射频磁控溅射法制备氧化锌薄膜及其特性的研究
陕西师范大学硕士学位论文射频磁控溅射法制备氧化锌薄膜及其特性的研究姓名：余花娃申请学位级别：硕士专业：光学指导教师：张建民20070401因此，归纳起来射频磁控溅射成膜的特点是：镀制的膜具有粘附性好、膜层致密、厚度易控制、稳定性好、成本低等优点，可以有效地提高器件的性能及可靠性，很好地满足实验和生产的要求，有较好的实用性。
§２．２．２超高真空磁控与离子束复合溅射设备在实验中本课题采用了ＦＪＬ５２０型超高真空磁控与离子束复合溅射设备（如图２—２所示）来制备ＺｎＯ薄膜。
其工作频率为１３．５６ＭＨｚ。
溅射室里面有五个阴极靶位：两个直流、一个射频、两个离子束。
它可以用于超高真空下，冲入高纯度氩气，采用磁控溅射法制备各种金属膜、半导体膜、介质膜等。
其中射频靶位，其直径为６ｃｍ，可以安装靶材料。
靶上方是挡板，然后是转盘，转盘上有六个样品台。
在镀膜工艺条件下，采用微机控制样品转盘和挡板，既可以制备单层膜，也可以制备各种多层膜。
图２．２ＦＪＬ５２０型超高真空磁控与离子束复合溅射设备照片设备上有一台ＲＦ－５００Ｗ的射频电源，接在溅射室的一个永磁靶上，打开电源开关预热５分钟后就可以工作。
如果起辉不当或未起辉，可调一下匹配即可。
靶和样品距离可以在真空条件下调节４０—８０ｍｍ，以改善成膜均匀性。
真空镀膜的前提就是保证靶正常起辉，一般来说，起辉压强在设定进气量恒定情况下，调节闸板阀使溅射室真空度维持在３－５Ｐａ；溅射工作压强根据工艺要求，适当调节ＭＦＣ进气量，使溅射室真空度维持在０．５Ｐａ以下，此时磁控靶应能稳定工作而不熄灭。
图３－３不同退火温度的ＡＦＭ图化如图５－６所示，由图可以发现表面粗糙度的变化规律是随着沉积温度的升高而升高，在５００℃时粗糙度达到最大，７５０℃时又有所减小。
在室温一５００℃的范围内，ｚｎＯ薄膜表面形貌随沉积温度的这种变化规律与薄膜生长的热力学理论基本上是一致的。
根据非自发成核条件下的成核热力学理论【５ｌＪ，薄膜的临界成核密度随沉积温度的增加而下降，晶粒尺寸增加。
射频反应磁控溅射法制备N掺杂p型氧化亚铜薄膜
射频反应磁控溅射法制备N 掺杂p 型氧化亚铜薄膜林 龙 李斌斌*鲁林峰 沈鸿烈 刘 斌(南京航空航天大学材料科学与技术学院 南京 210016)Growth and Characterization of N Doped p Type Cu 2O Films by RFReactive Magnetron SputteringLin Long,Li Binbin *,Lu Linfeng,Shen Honglie,Liu Bin(College of Material Science and T echnology ,Nan j ing University of A eronautics and Astronautics ,Nan jin g 210016,China)Abstract The N doped,p type C u 2O films were deposited by rf reactive magnetron sputtering on glass substrates.The impacts of the gro wth conditions,including the N doping levels,ratio of the N 2/O 2flow rates,and sputtering power,on its properties were studied.Its microstructures and properties were characterized with X ray diffraction,X ray photoelec tron spectroscopy (XPS),ultra violet visible light (UV Vis)spec troscopy,and Hall effect measurements.The results sho w that the N impurity content and the ratio of the N 2/O 2flo w rates strongly affect its mic rostructures and properties.For in stance,as the N doping level increases,its crystalline structure deteriorates,whereas its optical band gap widens from about 2 28eV to 2 47eV.Moreover,its electrical properties tend to be more stable.At a N 2/O 2ratio of 0 6,its resistivi ty was 1 5 cm;and its hole concentration and Hall mobility were found to be 2 16 1019cm -3and 0 5c m 2V -1s -1,respectively.Keywords Cu 2O,Magnetron sputtering,Hall effect,XPS摘要 通过射频反应磁控溅射方法在玻璃衬底上制备N 掺杂的Cu 2O 薄膜,采用X 射线衍射、分光光度计、X 射线光电子能谱和霍尔效应等检测,研究了氮气掺杂对Cu 2O 薄膜性能的影响。
磁控溅射功率对掺铝氧化锌薄膜特性的影响
磁控溅射功率对掺铝氧化锌薄膜特性的影响作者：肖立娟李长山郝嘉伟，等来源：《新材料产业》 2012年第3期文/肖立娟李长山郝嘉伟赵鹤平吉首大学物理与机电工程学院透明导电氧化物（T C O）薄膜因具有在可见光区透明和电阻率低等优异的光电性能，所以被广泛应用于各种光电器件中，例如平面液晶显示器（L C D）、太阳能电池、节能视窗等[1-2]。
目前应用和研究最多的是掺锡（S n）、氧化铟（In2O3）（简称ITO）的透明导电薄膜，但由于含有昂贵的铟金属，使得I T O薄膜的成本很高。
氧化锌（Z n O）薄膜在400nm～2μm 波长范围内都是透明的，并且利用铝（A l）、S n、镓（G a）和硼（B）等对Z n O薄膜进行掺杂，可以获得低电阻、高透过率和高质量的ZnO薄膜，以适应作为电极的需要。
因而，Z n O 也是用作透明电极的绝好材料，而且其原料丰富、成本低廉、性能优异，大有代替I T O等材料的趋势[3]，对促进廉价太阳电池的发展具有重要意义。
尤其掺Al的Z n O薄膜( A Z O )是目前性能最好的Z n O系导电薄膜，具有很大的发展潜力。
不同的制备技术及工艺参数决定了Z n O薄膜的结构性质和光电性质。
目前，已有多种调控和改善Z n O薄膜性能的制备技术，主要包括：磁控溅射法[4]、金属有机化学气相沉积法[5]、溶胶-凝胶（sol-gel）法[6]、脉冲激光沉积[7]、分子束外延法[8]等。
采用磁控溅射淀积的Z n O薄膜通常都具有高度C轴取向性，这个特性大大提高了样品的发光特性和电学性能[9]，因此，该方法成为在ZnO薄膜研究中使用最广泛的方法。
本文研究了不同磁控溅射功率对掺铝Z n O薄膜性能的影响，结果表明磁控溅射功率作为ZnO薄膜生长时的一个重要参数，直接影响薄膜的成膜机制和生长速率，很大程度上也决定着薄膜的质量。
一、磁控溅射功率对掺铝氧化锌薄膜性能影响的具体研究1.研究条件实验所用仪器为JGP -450A型超高真空磁控与离子束联合溅射设备，选择靶材为掺有三氧化二铝（A l2O3）粉末（纯度为99.99%）的Z n O粉末（纯度为99.99%）经高温烧结而成的陶瓷靶，Z n O粉末中A l2O3的质量分数为2%，衬底为普通载玻片（#7101），制备前用丙酮、无水乙醇和去离子水超声波清洗。
射频反应磁控溅射法退火生长Na-N共掺杂p-ZnO薄膜
射频 反应磁控溅射法 退火生长 Ｎ － ａＮ共 掺 杂 ＰＺ Ｏ 薄 膜 －ｎ
林 兰 ，叶 志镇 ，龚 丽 ， 别 勋 ，吕建 国 ， 炳 辉 赵
（ 江大学 硅材料 国家重点实验室 ，浙江 杭州 浙 ３０２ ） １０ ７
摘要 ： 采用射频反应磁控溅射法退火生长得到了Ｎ ． ａ Ｎ共掺杂ｐＺＯ薄膜。Ｘ Ｄ测试结果表明， －ｎ Ｒ 退火前后均
本 文采 用射 频 反应 磁控 溅 射 法 ， Ｎ Ｏ气 氛 在 ：
保 护下 ， 过改 变 退 火温 度 ， 而 得 到 Ｎ — 通 从 ａＮ共 掺 杂 的 ｐＺ Ｏ 薄 膜 ， 而 研 究 Ｎ — －ｎ 进 ａＮ共 掺 杂 ｐＺ Ｏ －ｎ
薄膜 的机 理 。
充分 ， 过掺 杂 Ａ 、 ａ Ｉ 施 主 元 素 叫ｊ已 经 通 ｌｃ 、ｎ等 ， 能够 获 得 具 有 优 异 性 能 的 ｎＺ Ｏ 晶体 薄 膜 。然 —ｎ
目前 ， 国际上 所 报 道 ｐＺ Ｏ的 掺 杂 元 素 主 要 －ｎ 集 中 在 单 受 主 掺 杂 ， 如 Ｌ ］ Ｎ６８、 ｌ 、 例 ｉ 、 Ｉ－ｊ Ｐ９
Ａｓ ｌ一 ｌ３
、
ｓｌ ｂ】 ， 者将 Ⅲ． 等 或 Ｖ族 元 素 进 行 施 主一 共 掺
生 长 时 间 为 ３ ｎ ０ｍｉ。生长 结 束后 ， 将样 品在 Ｎ Ｏ ： 气 氛下 进行 退 火 ， 中退 火 温 度分 别 为 ４ ０ ４０ 其 ０ ，５ ， ５０ｑ 退 火压 强 为 ｌ ａ退 火时 间为 ３ ｉ。 ０ Ｃ， ０Ｐ ， ０ｒｎ ａ 利 用 Ｖ ｎｄｒＰｕ Ｈ ５ ０ Ｐ 霍 尔测 试 仪 ａ ｅ ａｗ（ Ｌ ５０ Ｃ）
需 要对 这 一课题 进 行研 究 。
Ｚ Ｏ是 一种 直 接 带 隙 宽 禁 带 半 导 体 ， 温 下 ｎ 室 禁带 宽 度为 ３３ Ｖ， 子束 缚 能为 ６ ｅ 使 得 ．７ｅ 激 ０ｍ Ｖ，
射频磁控溅射法生长p型氧化锌(ZnO)薄膜及特性研究
射频磁控溅射法生长p型氧化锌（ZnO）薄膜及特性研究王鹏ZnO是一种II－VI族直接宽带隙半导体材料，室温下禁带宽度为3.37eV，拥有较高的激子束缚能（～60meV）。
是制造蓝光、紫光甚至紫外光发光器件的理想材料。
最近，ZnO薄膜的p型掺杂成为研究的热点。
目前，p型ZnO虽已有大量的报道，但是其重复性和性能还不理想。
而且，受主杂质在ZnO中的形成机理还不清楚。
这些都制约着ZnO基短波长光电器件的实现。
本工作采用射频磁控溅射方法，以五氧化二磷（P2O5）粉末作为磷源按一定比例与ZnO粉末混合制成溅射靶材，在Si（111）衬底上溅射生长磷（P）掺杂的ZnO薄膜材料。
研究了在750℃原位退火处理过程中，不同的氧气压强对样品的电学特性的影响。
室温下的霍尔测试表明：样品在没有氧气的情况下进行退火处理后，表现为n型导电类型，电子浓度为～1017cm-3。
当氧气作为退火气氛，压强在1.3×10-3～3.9×10-3Pa时，样品转变为p型导电类型。
空穴浓度为1016～1017cm-3，载流子迁移率为4～13cm2/Vs。
当退火过程中采用更高的氧气压强时（5.2×10-3、6.5×10-3Pa），样品的导电类型又转变为n型。
并且电子浓度随着氧气压强的增强而升高。
我们的实验结果表明：原位退火过程中是否通入氧气，以及氧气的压强大小对P掺杂的ZnO薄膜的导电性有重要的影响。
在退火温度一定的情况下，一定压强范围内的氧气作为退火气氛能够实现ZnO薄膜的p型掺杂。
另外，我们还对P杂质在ZnO中的存在状态进行了简单的讨论。
认为P在ZnO中有可能存在P Zn（施主）和P O（受主）两种状态，其导电类型是这两种杂质竞争作用的结果，并且退火过程中氧气的多少对这两种杂质的多少有重要影响。
由于衬底为n型的Si，与p型ZnO薄膜形成了异质p-n结结构。
于是我们测量了该结构的I-V特性。
结果表现具有明显的整流特性。
射频磁控溅射沉积铝掺杂氧化锌薄膜的研究
射频磁控溅射沉积铝掺杂氧化锌薄膜的研究杨立;冯金晖;徐睿;王赫;乔在祥【摘要】采用射频磁控溅射法沉积铝掺杂氧化锌(ZnO∶Al,简称AZO)薄膜,研究了本底压强、溅射功率以及沉积时间对AZO薄膜光电性质的影响,优化了该层薄膜的沉积工艺.研究结果表明,在尽可能低的本底压强下,采用适中的溅射功率(500 W),制备出厚度约为500 nm的AZO薄膜,其电阻率达到5×10-4Ω·cm,可见光范围内的平均透过率达到82.7％.【期刊名称】《电源技术》【年(卷),期】2015(039)008【总页数】3页(P1682-1684)【关键词】铝掺杂氧化锌薄膜;射频磁控溅射;导电性;透过率【作者】杨立;冯金晖;徐睿;王赫;乔在祥【作者单位】中国电子科技集团公司第十八研究所重点实验室,天津300384;中国电子科技集团公司第十八研究所重点实验室,天津300384;中国电子科技集团公司第十八研究所重点实验室,天津300384;中国电子科技集团公司第十八研究所重点实验室,天津300384;中国电子科技集团公司第十八研究所重点实验室,天津300384【正文语种】中文【中图分类】TM914在薄膜太阳电池中，透明导电层作为电池的上电极，为电池收集电流，并保持尽可能透明，起到使有效光子进入电池活性层的作用。
因此透明导电层不但要具有良好的导电性，还要具有优良的有效波段的光透过率[1]。
目前研究最多并得到应用的透明导电薄膜有In2O3∶Sn(ITO)[2]、掺杂ZnO薄膜 (包括ZnO∶Al(AZO)薄膜、ZnO∶Ga(ZGO)薄膜、ZnO∶B(ZBO)薄膜)[3]等。
其中，ITO薄膜由于价格昂贵、有污染、易受到氢等离子体的还原作用、透过率不够高等因素，正逐步被掺杂ZnO薄膜代替。
掺杂ZnO薄膜原料易得，成本低，容易实现掺杂，靶材制备工艺相对简单，性能稳定。
而掺杂ZnO薄膜中AZO薄膜研究最为广泛，国际上很多研究机构将其作为CIGS薄膜太阳电池透明导电层，电池的光电转换效率已经达到21.7%[4]。
射频磁控溅射制备(In,Co)共掺ZnO薄膜的电学和磁学性质
工程科学学报，第 43 卷，第 3 期：385−391，2021 年 3 月Chinese Journal of Engineering, Vol. 43, No. 3: 385−391, March 2021https:///10.13374/j.issn2095-9389.2020.01.11.002; 射频磁控溅射制备(In, Co)共掺ZnO薄膜的电学和磁学性质刘芬1)，代明江2)，林松盛2)，石倩2)，孙珲1,3)✉1) 山东大学山东省光学天文与日地空间环境重点实验室，空间科学与物理学院，威海 264209 2) 广东省科学院新材料研究所，广东省现代表面工程技术重点实验室，广州 510651 3) 吉林大学材料科学与工程学院，长春 130012✉通信作者，E-mail：**************.cn摘 要 (In, Co)共掺的ZnO薄膜（ICZO薄膜）在100 ℃下通过射频（RF）溅射沉积至玻璃基板上.沉积过程采用In、Co、Zn三靶共溅射.通过调节靶功率，获得了不同In含量的ICZO薄膜.研究了不同In含量下薄膜电学性质和磁学性质的变化.分别使用扫描电子显微镜（SEM）、高分辨透射电子显微镜（HR-TEM）、原子力显微镜（AFM）、电子探针扫描（EPMA）、X射线衍射仪(XRD)、霍尔测试（Hall measurement）和振动样品磁强计（VSM）对薄膜的成分、形貌、结构、电学特性和磁学特性进行了表征和分析.详细分析了薄膜中载流子浓度对磁学性质的影响.实验结果表明，随着薄膜中In含量的提高，薄膜中载流子浓度显著提高，薄膜的导电性得到优化.所有的薄膜均表现出室温下的铁磁特性.与此同时，束缚磁极化子（BMP）模型与交换耦合效应两种不同的机制作用于ICZO半导体材料，致使薄膜的饱和磁化强度随载流子浓度发生改变，并呈现在三个不同的区域.关键词 稀磁半导体；ICZO；射频磁控溅射；束缚磁极化子；磁学性质分类号 TB34Electrical and magnetic properties of (In, Co) co-doped ZnO films deposited using radio frequency magnetron sputteringLIU Fen1)，DAI Ming-jiang2)，LIN Song-sheng2)，SHI Qian2)，SUN Hui1,3)✉1) Shandong Key Laboratory of Optical Astronomy and Solar-Terrestrial Environment, School of Space Science and Physics, Shandong University, Weihai 264209, China2) Key Lab of Guangdong for Modern Surface Engineering Technology, National Engineering Laboratory for Modern Mate-rials Surface Engineering Technology, Guangdong Institute of New Materials, Guangzhou 510651, China3) College of Materials Science and Engineering, Jilin University, Changchun 130012, China✉Corresponding author, E-mail：**************.cnABSTRACT Diluted magnetic semiconductors (DMSs) have attracted much attention in recent years due to their dual control of charge and spin degrees of freedom in carriers. Potential applications of DMSs include spin light-emitting diodes, spin field-effect transistors, magnetoresistance random access memory, and ultrafast optical switches. However, the Curie temperature (Tc) of most DMSs below ambient temperature limits the efficiency of these devices. Thus, the biggest challenge for developing DMS materials has been producing host materials that exhibit ferromagnetic behavior above ambient temperature. A series of theoretical simulations and experiments show that the Tc value of ZnO-based DMSs could satisfy this requirement. Incorporation of selective transition metal收稿日期: 2020−01−11基金项目: 国家自然科学基金资助项目（62004117）；中国博士后基金面上资助项目（2019M651199）；山东省自然科学基金资助项目（ZR2018QEM002）；广东省现代表面工程技术重点实验室课题资助项目；山东大学（威海）青年学者未来计划资助项目elements (e.g., Fe2+, Co2+, Ni2+, and Mn2+) has been confirmed as an effective way to enhance the magnetic properties of ZnO. In the present research, (In, Co) co-doped ZnO (ICZO) films were deposited by radio frequency sputtering at 100 ℃ on a glass substrate. The sputtering process was performed through In, Co, and ZnO co-sputtering. The presence of ICZO films has been adjusted by changing the target sputtering power. The variation of electric and magnetic properties of the film was studied with different In content. The composition, morphology, structure, electric and magnetic properties of films were characterized by field emission scanning electron microscopy, high-resolution transmission electron microscopy, atomic force microscopy, electron probe microanalyzer, X-ray diffractometer, Hall effect analysis, and vibrating sample magnetometer. The effect of carrier concentration on the magnetic properties of the film was analyzed extensively. These results show that, in the presence of In, the carrier concentration increases, thereby optimizing films’ conductivity. All the films present ferromagnetic behavior at room temperature. Besides, with an influence of bound magnetic polaron model and carrier-mediated exchange mechanisms on the film’s saturation magnetization, carrier-concentration dependent behavior can be expressed in three different regions.KEY WORDS diluted magnetic semiconductors；(In, Co) co-doped ZnO films；radio frequency sputtering；bound magnetic polaron model；magnetic property稀磁半导体（DMSs）兼具半导体材料中的电荷迁移效应与磁性材料中的电子自旋特性，是近十年来各国争相研究的热点新兴材料[1−2].由于可以同时操控电子的自旋和电荷，稀磁半导体在自旋电子学和量子计算中具有潜在应用[3].同时，稀磁半导体还可以广泛应用于自旋发光二极管（Spin-LED）、自旋场效应晶体管（Spin-FET）、磁阻式随机访问存储器（MRAM）等领域[4−8].通常情况下，稀磁半导体是将过渡金属或稀土金属元素掺杂于半导体材料中，使其产生自发磁矩，从而产生磁性.理想的稀磁半导体能够在室温下工作，因而必须具有居里温度（Curie temperature, Tc）高于室温的特性.然而，绝大多数稀磁半导体的居里温度(Tc)低于室温，限制了此类半导体的应用[9].因此，如何使宿主材料在高于室温的条件下表现出铁磁性，是目前稀磁半导体发展的主要挑战.一系列的实验和理论模拟表明，ZnO基的半导体材料在满足这一条件上具有潜力[10−13].ZnO具有较宽的带隙（3.37 eV）、高激子束缚能（60 mV）以及无毒、稳定的特性[14−16].特定的过渡金属离子（如Fe2+、Co2+、Ni2+、Mn2+等）掺杂可以有效改善本征ZnO宿主的磁学性质.因此，掺杂ZnO被认为是一种极具潜力的稀磁半导体材料.2005年，Sluiter等报道源于间隙Zn或者氧空位的电子跃迁和空穴跃迁均能提高ZnO∶Co和ZnO∶Mn的磁学特性[17].Zong等通过实验和理论计算，证实ZnO∶Co纳米颗粒中的铁磁性源于Co3+形成的施主缺陷与氧空位的共同作用[18].同时，Dinia等报道ZnO中源于过渡金属原子掺杂的高自由电子浓度对提高居里温度十分有益[19].在此基础上，对ZnO进行过渡金属原子和三价金属原子（B3+、Al3+、Ga3+、In3+）共掺杂，从而同时获得高载流子浓度和高居里温度的方法开始引起人们的关注.Shatnawi等通过固相反应法制备了Co掺杂的ZnO薄膜，并指出束缚磁性元素之间的相互作用可以解释ZnO∶Co中的磁性行为[20]. Siddheswaran等通过湿法化学制备了Al、Co共掺的ZnO薄膜，发现(Al, Co)−ZnO表现出铁磁特性，而这一特性在纯ZnO中并未发现[21].Kumar 等利用脉冲激光沉积制备了(Al, Fe)共掺的ZnO薄膜，发现自由载流子在经过与磁性粒子的相互作用后也表现出局域磁矩[22].Paul等制备了In、Mn共掺的ZnO纳米颗粒，并在Mn掺杂的ZnO纳米颗粒中发现了束缚磁极化子，该纳米颗粒经过In掺杂后，磁化强度和矫顽力显著提高，作者将此解释为In3+掺杂引入的自由载流子与磁性Mn2+之间相互作用引起了新的铁磁耦合[23]. Wang等发现ZnO∶Ni和ZnO∶(Ni, Ga)均具有室温铁磁性，但是该性质随着载流子浓度的增加逐渐减弱[24].刘乔亚和杨平通过第一性原理模拟了Co掺杂、Mn掺杂和Co、Mn共掺杂的ZnO薄膜的磁学性质，发现仅当Co、Mn共掺时，薄膜表现出稳定的铁磁性和高于室温的居里温度，证实了(Co, Mn)−ZnO是一种理想的室温铁磁体材料[25].此外，Luthra通过共沉淀法制得了(Al, Ni)共掺的ZnO [26].相较于未掺杂的ZnO，Ni掺杂的ZnO和Ni、Al共掺的ZnO均具有更高的饱和磁化强度.然而，过量的Ni掺杂会形成NiO杂相，这对材料的铁磁性质优化是十分不利的.(In, Co)共掺的ZnO薄膜已有报道，然而以往对此类材料的研究多集中于其光学性质和电学性质，忽略了Co作为磁性粒子使(In, Co)−ZnO材料· 386 ·工程科学学报，第 43 卷，第 3 期获得的磁学性质.另外，在众多的合成方法中，部分研究者并未考虑制备成本和环境友好的因素.基于此，本工作选取射频磁控溅射制备(In, Co)−ZnO薄膜，该技术具有环境友好、沉积速率高、薄膜均一和适合大规模制备的优势.文章研究了In含量对薄膜电学性质和磁学性质的影响，并对磁性产生的机制进行了分析.1 实验方法100 nm的(In, Co)−ZnO薄膜通过射频磁控溅射在室温下沉积于康宁Eagle XG玻璃基底上. ZnO靶、Co靶和In2O3靶为直径为50.8 mm的圆形靶，厚度为3 mm.溅射过程中，工作气体为纯Ar，气体流量为32 mL·min−1.沉积温度维持在373 K. ZnO靶的溅射功率为80 W，Co靶的溅射功率在10 W 至15 W进行调节，In2O3靶的溅射功率从0 W逐渐升高到25 W.基底架的旋转速度为10 r·min−1.靶基距为10 cm.溅射前，腔体的背底真空度首先抽至6.7×10−4 Pa，溅射压力为1.67 Pa.详细的溅射参数归纳于表1.表 1 Co−ZnO和(In, Co)−ZnO薄膜的沉积参数Table 1 Sputtering parameters maintained during the deposition of Co-ZnO and (In, Co)-ZnO thin filmsBackground pressure/PaWorkingpressure/PaWorkinggasHotsubstrate/KFilmthickness/nmSubstrateDrawdistance/cmSputteringpower/WZnO Co In2O3<6.7 × 10−4 1.67Ar373100Glass108015→100→25薄膜厚度通过Kosaka Surfcoder台阶仪进行测量.薄膜的成分通过JEOL JXA-8200电子探针（EPMA）进行测量.相结构通过X射线衍射仪（XRD，Rigaku Ultima IV）进行分析.薄膜形貌和粗糙度利用扫描电子显微镜（(FE-SEM, JEOL JSM-6701）和原子力显微镜（AFM, Digital Instrument-DI3100）进行表征.通过高分辨透射电子显微镜（HR-TEM, JEOL JEM-2100）观察样品横截面的显微结构.用霍尔效应分析仪（Agilent Technologies, AHM-800B）对薄膜的电学性质进行测试.最后，通过振动样品磁力计（VSM，Lake Shore’s Model 7407）分析薄膜的磁学性质.2 结果与讨论(In, Co)−ZnO薄膜通过三靶共溅射获得.通过调节各靶的溅射功率，使Co原子数分数维持在约6.6%，In原子数分数在0～14.0%之间变化.随着In2O3靶功率的提高，薄膜中In的含量逐渐升高.如图1所示，随着In2O3的靶功率由0 W升高到5 W，薄膜中In的原子数分数首先从0缓慢地增加至0.7%；继续增加In2O3的靶功率至25 W，薄膜中的In原子数分数迅速提高到14.0%.In含量的提高会造成更多的二价Zn2+被三价In3+所取代，从而利于薄膜导电性的提高.(In, Co)−ZnO薄膜结构随In含量的变化，其X射线衍射图谱示于图2.所有的薄膜都表现出结晶的特性，并且没有出现杂相.ZnO (002)和(103)的衍射峰较为明显.随着薄膜中In含量的增加，ZnO 的衍射峰强度逐渐被抑制，这一现象与之前报道的(Al, Co)−ZnO薄膜一致[27−29].这说明掺杂含量图 1 (In, Co)−ZnO薄膜中In含量随着In2O3靶功率的变化Fig.1 In content in (In, Co)−ZnO thin films as a function of the sputtering power applied on In2O3 target图 2不同In含量的(In, Co)-ZnO薄膜的X射线衍射图Fig.2 X-ray diffraction patterns of (In, Co)-ZnO films with various In2O3 contents刘芬等：射频磁控溅射制备(In, Co)共掺ZnO薄膜的电学和磁学性质· 387 ·的增加会降低薄膜的结晶性. 随着薄膜中掺杂缺陷浓度的增加，在薄膜沉积过程中，ZnO 晶粒的生长被随机分布的缺陷阻断，形成细化的晶粒. 从而造成X 射线衍射测试中衍射峰强度降低. 此外，随着In 含量的增加，衍射峰向低角度轻微偏移. 这是由于In 3+的离子半径（0.088 nm ）大于Zn 2+的离子半径（0.074 nm ）[30]，而In 3+对Zn 2+的取代会造成晶格参数变大，致使衍射峰向小角度移动.纯ZnO 和(In, Co)−ZnO 薄膜表面的扫描电镜的图片示于图3. 可以清晰地看到，In 和Co 的掺杂有效地阻碍了ZnO 晶粒的生长，这一行为降低了薄膜的结晶性，进而使薄膜表现出更加平滑的表面特性，这与X 射线衍射的测试结果相一致. 因此，在对ZnO 薄膜进行掺杂以后，薄膜表面变得更加平整和均一. 薄膜的表面粗糙度测试结果同时示于图3. 对于纯的ZnO 薄膜，其表面粗糙度（Ra ）为1.86 nm ，经过In 和Co 的掺杂以后，薄膜表面粗糙度大幅下降，当薄膜中In 原子数分数为3.4%时，薄膜表面粗糙度（Ra ）降至0.67 nm.纯ZnO 和(In, Co)−ZnO (In 原子数分数3.4%)薄膜横截面的透射电镜图片示于图4. 其中，图4（a 1）、4（b 1）是图4（a ）、4（b ）红色方块区域的放大图. 薄膜厚度约100 nm 清晰地显示在图中. 所有薄膜均呈现出柱状结构. 在Co 和In 掺杂以后，柱状晶的直径有所减小. 这与掺杂缺陷浓度升高，阻碍晶粒的生长有关. 这一结果与原子力显微镜(AFM)测试中薄膜表面粗糙度下降的结论一致，也与X 射线衍射中(In, Co)−ZnO 薄膜的衍射峰强度下降相吻合.室温下(In, Co)−ZnO 薄膜的电学性质随In 含量的变化示于图5. 随着In 原子数分数从0%增加到3.4%，薄膜中的载流子含量由9.05×1015 cm −3快速升高至9.60×1019 cm −3（图5（a ））. 由于三价In 3+离子对二价Zn 2+离子的取代，大量的自由电子在薄膜中产生，其取代机制如公式（1）所示：(Zn Zn )×(In Zn )其中，代表在晶格位置的Zn 原子，代表In 3+离子取代Zn 2+离子.因此，随着In 掺杂含量的增加，电子浓度逐渐上升. 随后，继续增加薄膜中的In 原子数分数从6.8%到14.0%，薄膜中载流子浓度继续提高，但升高速度减缓. 当In 原子数分数为14.0%时，薄膜中载流子含量达到3.09×1021 cm −3. 这说明在较高的In 掺杂浓度下，In 的有效掺杂效率逐渐降低. 薄膜中In 的含量已经超过In 在ZnO 中的固溶度阈值.此时过量In 原子不能对Zn 原子形成有效的替位取代，部分In 原子开始从ZnO 中析出并发生聚集，形成阻碍载流子输运的团聚缺陷. 类似的现象在(Ga, Co)−ZnO 薄膜中也有报道[31−32]. 同时，载流子迁移率的变化趋势与载流子浓度恰好相反. 随着In 掺杂含量升高，载流子迁移率下降，这主要是由于劣化的薄膜结晶性引起的. 细化的晶粒造成了大量的晶界从而加强了载流子在ZnO 薄膜中的散射. 然而，相较于载流子浓度跨越5个数量级的变化，载流子迁移率的变化并不突出. 随着In(a)(b)0.67 nm1004003002002040nm15300y /n mm100400300200nmx /n mx /n m×80.000100 nm ×80.000100 nm图 3 薄膜的表面扫描电镜图像和原子力显微镜图像. （a ） 纯ZnO ；（b ）（In, Co ）−ZnO （In 原子数分数3.4%)Fig.3 Top surface SEM micrographs and AFM images: (a) pure ZnO; (b) (In, Co)−ZnO (atomic ratio of In is 3.4%)· 388 ·工程科学学报，第 43 卷，第 3 期原子数分数从0增加到14.0%，载流子迁移率从16.1 cm 2·V −1·s −1下降到1.07 cm 2·V −1·s −1，降低了一个数量级. 薄膜电导率的测试结果如图5（b ）所示，可以看到，其变化趋势与载流子浓度变化一致. 这也可以从导电率与载流子浓度和载流子迁移率之间的关系得出结论，如公式（2）所示：其中，σ为导电率，N 为载流子浓度，μ为载流子迁移率，e 为电子电荷.随着In 原子数分数从0.0%增加到6.8%，薄膜导电率由0.02 S·cm −1快速升高至191.20 S·cm −1；随后薄膜导电率小幅提升. 当In 原子数分数升高至14.0%时，薄膜导电率最高，为270.27 S·cm −1.(In, Co)-ZnO 薄膜的磁学性质通过振动样品磁强计（VSM ）进行测试. 图6为In 含量变化对薄膜磁性的影响. 所有的薄膜都表现出室温下的铁磁特性，证实了ICZO 的居里温度高于室温的特性.对于未掺杂In 的Co-ZnO 薄膜，其饱和磁化强度（M s ）相对较高. 这一数值在In 掺杂后开始下降，然后随着In 含量的增加逐渐上升. 饱和磁化强度与薄膜载流子浓度的关系如图7所示. 可以观测到，随着载流子浓度的变化，出现了三个不同的区域. 在低载流子浓度区域（I 区）和高载流子浓度区域（III 区），薄膜表现出更为明显的铁磁行为. 在中间区域（II 区），薄膜的铁磁性相对较弱. 在I 区，纯ZnO 薄膜微弱的铁磁性在经过Co 掺杂后显著增强. Coey 等[33]报道在ZnO 中自由载流子可以被缺陷束缚. 随后，Co 2+离子和其周围载流子之间发生交互作用，致使束缚载流子的自旋方向与磁性离子Co 2+的磁矩排列相反，形成束缚磁极化子（BMP ）. BMP 的形成及其密度决定了薄膜的铁磁行为. 当Co 引入ZnO 薄膜后，大量的束缚磁极化子使薄膜的磁化强度显著增加. 当In 掺入Co-ZnO 薄膜时，薄膜中产生更多的自由载流子，大量的自由载流子逐渐摆脱束缚磁极化子的束缚.BMP 变得不稳定，因此薄膜的磁性下降（II 区）. 随着载流子浓度继续增加，BMP 模型开始失效（III 区）. 当载流子含量接近1018 cm −3时（III 区），大量自由载流子诱发载流子的交换耦合效应，此时，电子开始传输Co 2+的磁信号，薄膜的铁磁性增强[34−35]，薄膜的磁性产生机制发生变化. 类似的现象Behan 等也进行了报道[36].3 结论通过射频溅射沉积了(In, Co)共掺杂的ZnO 薄膜，研究了In 掺杂量对薄膜结构、电学和磁学性能的影响. 结果表明，Co 或(In, Co)掺杂会降低(a)(a 1)(b 1)(b)×50.000×50.00050 nm 50 nm×100.000×100.00020 nm 20 nm图 4 薄膜的横截面透射电镜图像. （a ）纯ZnO;（b ）（In, Co ）−ZnO （In 原子数分数3.4%）；（a 1）图（a ）红色区域放大图；（b 1）图（b ）红色区域放大图Fig.4 Cross-sectional TEM images: (a) pure ZnO; (b) (In Co)−ZnO (atomic ratio of In is 3.4%); (a 1) the magnified images from the portions marked with red dotted squares of Fig.4(a); (b 1) the magnified images from the portions marked with red dotted squares of Fig.4(b)图 5 (In, Co)−ZnO 薄膜电学性质随In 原子数分数的变化. （a ）载流子迁移率与载流子浓度的变化；（b ）薄膜导电率的变化Fig.5 Electrical properties of (In, Co)−ZnO films with various In contents: (a) the variation of the carrier mobility and carrier concentration; (b) the variation of the film’s conductivity刘 芬等： 射频磁控溅射制备(In, Co)共掺ZnO 薄膜的电学和磁学性质· 389 ·薄膜的结晶度，从而影响载流子迁移率. 随着In 含量的增加，载流子浓度和薄膜的导电率均有提高. (In, Co)−ZnO 薄膜在室温下表现出铁磁行为，并显示出取决于载流子浓度的变化趋势. 随着薄膜中载流子浓度的变化，薄膜的磁性变化呈现于三个不同的区域. BMP 模型和载流子的交换耦合效应在不同的区域发挥作用，从而解释了不同区域中薄膜铁磁行为的变化原因.致谢感谢山东大学（威海）理化与材料分析测试中心的测试支持.参 考 文 献Wolf S A, Awschalom D D, Buhrman R A, et al. Spintronic: a spin-based electronics vision for the future. Science , 2001,[1]294（5546）: 1488Jindal S, Sharma P. Optical and magnetic properties of Dy 3+ dopedCdS dilute magnetic semiconductor nanoparticles. Mater Sci Semicond Process , 2020, 108: 104884[2]Li Y, Li J M, Yu Z R, et al. Study on the high magnetic fieldprocessed ZnO based diluted magnetic semiconductors. Ceram Int ,2019, 45（16）: 19583[3]Ohno H. Marking nonmagnetic semiconductors ferromagnetic.Science , 1998, 281（5379）: 951[4]Jeon H C, Li M K, Lee S J, et al. The distinct behavior of specificheat of diluted magnetic semiconductor (Ga, Mn)As quantum wells. Curr Appl Phys , 2015, 15（Suppl 2）: S26[5]Li H B, Qiao Y F, Li J, et al. 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Unraveling theeffect of Gd doping on the structural, optical, and magnetic[11]图 6 (In, Co)−ZnO 薄膜磁化强度随In 原子数分数的变化Fig.6 Magnetic properties of (In, Co)−ZnO films with various In atomic ratio图 7 (In, Co)−ZnO 薄膜饱和磁化强度（M s ）与载流子含量的关系Fig.7 Relationship between saturation magnetization (M s ) and carrier concentration of (In, Co)−ZnO filmsproperties of ZnO based diluted magnetic semiconductor nanorods.RSC Adv , 2019, 9（57）: 33207Zhong M, Wang S W, Li Y, et al. Room temperature ferromagneticCr-Ni codoped ZnO diluted magnetic semiconductors synthesized by hydrothermal method under high pulsed magnetic field. Ceram Int , 2015, 41（1）: 451[12]Wang X T, Zhu L P, Ye Z G, et al. Influence of N dopant on theelectric and magnetic properties of Co doped ZnO thin films. J Inorg Mater , 2010, 25（7）: 711（王雪涛, 朱丽萍, 叶志高, 等. N 掺杂对Co−ZnO 薄膜电学和磁学性能的影响. 无机材料学报, 2010, 25（7）：711）[13]Liu Z H, Wang X L, Ji J Z, et al. 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Two magnetic regimesin doped ZnO corresponding to a dilute magnetic semiconductor and a dilute magnetic insulator. Phys Rev Lett , 2008, 100（4）:047206[36]刘 芬等： 射频磁控溅射制备(In, Co)共掺ZnO 薄膜的电学和磁学性质· 391 ·。
溅射气压对Li-W共掺杂ZnO薄膜性能的影响
书山有路勤为径，学海无涯苦作舟溅射气压对Li-W 共掺杂ZnO 薄膜性能的影响通过RF 磁控溅射在不同溅射气压环境中，在石英衬底上制备得到Li-W 共掺杂ZnO 薄膜(LWZO) 。
对样品进行X 射线衍射(XRD) 、扫描电镜(SEM) 、透过率以及电阻率的测试。
结果表明：适当溅射气压环境下，有助于提高LWZO 薄膜的结晶质量；SEM 结果显示随着溅射气压增加LWZO 薄膜表面晶粒粒径更小，表面更平整；薄膜的透光率保持在85% 左右。
光致发光光谱表明：LWZO 的光致发光由本征发光及缺陷发光组成，结晶度高以及择优取向好，本征发光强度强。
同时，薄膜的最低电阻率也达到了6. 9 乘以10-3 Ωcm。
氧化锌(ZnO) 是一种直接宽禁带氧化物半导体，晶体结构属于六角纤锌矿结构；室温下其禁带宽度达到3.37 eV，激子结合能达60 meV，可以成为制备蓝光及紫外光电子器件的理想材料。
同时，ZnO 还可广泛应用于透明导电薄膜、平板显示器、太阳电池前电极、化学传感剂、表面声波器件及有机发光二极管等相关领域。
通常情况下，未掺杂的ZnO 薄膜表现出n 型导电，这主要是由ZnO 薄膜内部的氧空位(VO) 、锌填隙原子(Zni) 等本征缺陷引起；通过Ga，Al，W，1、实验本实验以石英玻璃为衬底采用射频磁控溅射法，在衬底温度为100℃，不同溅射气压条件下沉积LWZO。
所用的材料：靶材( Li-W 共掺ZnO 陶瓷靶：99. 99%，摩尔比：ZnO∶Li2O∶WO3 = 97. 5∶ 1. 5∶1) ，溅射气体Ar∶99. 99%。
靶基距：70 mm；背景压强：5 乘以10 - 4 Pa；工作气压为1 Pa，气体总流量为30.0 mL /min( 标准状态) (Ar) ，溅射功率为250 W，溅射沉积时。
在不同衬底温度下用直流反应磁控溅射法制备p型ZnO薄膜
在不同衬底温度下用直流反应磁控溅射法制备p型ZnO薄膜简二梅;叶志镇;刘暐昌;何海平;顾修全;朱丽萍;赵炳辉【期刊名称】《发光学报》【年(卷),期】2008(029)003【摘要】采用直流反应磁控溅射方法,通过改变衬底温度并优化生长参数,在玻璃衬底上生长了In-N共掺p型ZnO薄膜.X射线衍射(XRD)测试表明,所得薄膜结晶性能良好,且具有很好的c轴择优取向.Hall测试的结果所得p型ZnO薄膜最低电阻率为35.6 Ω·cm,霍尔迁移率为0.111 cm2 ·V-1·s-1,空穴浓度为1.57×1018 cm-3.X光电子能谱(XPS)测试表明,铟元素已有效地掺入了ZnO薄膜中,且铟元素有效地促进了氮元素的掺入.紫外可见(UV)透射谱测试表明,在可见光范围内所有薄膜透光率均可达90%.【总页数】4页(P491-494)【作者】简二梅;叶志镇;刘暐昌;何海平;顾修全;朱丽萍;赵炳辉【作者单位】浙江大学,硅材料国家重点实验室,浙江,杭州,310027;浙江大学,硅材料国家重点实验室,浙江,杭州,310027;浙江大学,硅材料国家重点实验室,浙江,杭州,310027;浙江大学,硅材料国家重点实验室,浙江,杭州,310027;浙江大学,硅材料国家重点实验室,浙江,杭州,310027;浙江大学,硅材料国家重点实验室,浙江,杭州,310027;浙江大学,硅材料国家重点实验室,浙江,杭州,310027【正文语种】中文【中图分类】O472.3;O472.4【相关文献】1.衬底温度对磁控溅射法制备ZnO薄膜结构及光学特性的影响 [J], 徐小丽;马书懿;陈彦;孙小菁;魏晋军;张国恒2.衬底温度对直流反应磁控溅射法制备的N掺杂p型ZnO薄膜性能的影响(英文) [J], 王超;季振国;韩玮智;席俊华;张品3.直流反应磁控溅射Al,N共掺方法生长p型ZnO薄膜及其特性 [J], 袁国栋;叶志镇;曾昱嘉;吕建国;钱庆;黄靖云;赵炳辉;朱丽萍4.衬底温度对直流磁控溅射法制备掺锆氧化锌透明导电薄膜性能的影响(英文) [J], 张化福;刘瑞金;刘汉法;陈钦生;王新峰;梅玉雪5.磁控溅射法制备Ag掺杂p型ZnO薄膜的研究 [J], 王莉;何俊刚;陈环;刘志宇;傅刚因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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的 Ｐ型锂 氮共 掺氧 化 锌 薄膜．Ｘ射 线 衍 射 谱表 明 ，样 品具 有 高度 的 Ｃ轴择 优 取 向．由变 温 光 致 发 光 分 析 可 知 ，该 薄膜 的 Ｐ 型 导 电 来 源 于 Ｌ 受 主缺 陷，其 光 学 受 主 能 级 位 于 价 带 顶 ｉ
１ １ ６ｍｅ 处 ． ３ ． Ｖ
ｐ ｅｅ ｅ ｔａ ｒｅ ｔ ｔｏ ｎ ｃ ａ ｉ ｉｅ ｔ ｎ．Ｔｈ －ｙ ｏ ｄｕ ｔｖｔ ｅ ｕｌｓｆｏ ｔ ｅ ｄ ｆ ｃ ｆｓ ｂｓｉｕ ｉｎ ｌＺ ｒ ｆ ｒ ｎ ｉｌｏ ｉｎ ａｉｎ ｉ — ｘｓ ｄ ｒ ｃｉ ｏ ｅ ｐ ｔｐｅ ｃ ｎ ｃｉ ｉ ｒ ｓ ｔ ｒ ｍ ｈ ｅ ｅ ｔｏ ｕ ｔｔ ｔｏ ａ ｎ ｙ
氩 气和 氧 气 混合 气体 为溅 射 气体 ， 石 英衬 底 上 生长 锂氮 共掺 氧 化 锌 薄膜 ，并 在 ６ ０ｏ 空 在 ０ Ｃ真
热 退火 ３ ｉ ，研 究 生长 气氛 对锂 氮 共掺 氧 化锌 导 电类 型 、晶体 结 构 与低 温 光 致发 光 的影 响 ０ｍｎ
规 律和 机 制．结果 表 明，当 以 ｎ 氩 气）： （ 气 ）＝ ０的混合 气体 为 溅射 气体 时，可得 到稳 定 （ ｎ氧 ６
６ ，ｔｅｓ ｂｅｐｔ ｅＺ Ｏ ： Ｌ ， ０ ｈ ｔ ｌ － ｐ ｎ ａ ｙ （ ｉＮ）ｔｉ ｌ ａ ｂａ ｅ ．Ｘ Ｄ ｒｓｌ ｓｏ ｓｔａ ｔｅｆｍ ｅｈｂ ｓｈｇ ｈｎ ｆｍ ｗ ｓｏ ｔ ｎ ｄ Ｒ ｅｕｔ ｈｗ ｈｔ ｈ ｌ ｘ ｉｉ ｉｈ ｉ ｉ ｉ ｔ
Ｋｅ ｒ ｓ：ＲＦ ｍａ ｎ ｔ ｎ ｓ ｕ ｔ ｒ ｇ；Ｌ — ｕ ｌｄ ｐ ｄ；ｚｎ ｘｄ ｙ ｗｏ ｄ ｇ ｅｒ ｐ ｔ ｉ ｏ ｅ ｎ ｉＮ ｄ ａ ｏ ｅ ｉ ｃ ｏ ｉ ｅ；ｓ ｍｉｏ ｄ ｃｏ ｅ ｃ ｎ ｕ ｔｒ
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第４ ８卷
第 ４期
吉 林 大 学 学 报 （理 学 版 ）
Ｊｕｎ ｌ ｆ ｉｎＵ ｉｅｓｙ（ ｃ ｎｅＥ ｉｏ ） ｏ ｒａ ｏ Ｊ ｉ ｎｖｒｔ Ｓｉ ｃ ｄｔｎ ｌ ｉ ｅ ｉ
Ｖｏ ． Ｎｏ． １ ４８ ４
２１ ０ ０年 ７月
Ｊ ｌ ２ １ ｕｙ ０ ０
研 究 简 报
Ｔ ｅａ—ｒｗ ｌ ｓ ｅｅａｎ ａｅ ａｕ ｍ ｆ ０ ｍ ｎａ ６ ０ ｃ ｈ ｓｇｏ ｎｆｍ ｒ ｎ ｅｌ ｉ ｖｃ ｕ ｏ ３ ｉ ｔ ０ ｉ ｗ ｄｎ ｒ ｃ．Ｔ ｅｒｓｌ ｈ ｗ ｗ ｅ （ ｒ ｎ ０ ）＝ ｈ ｅｕｔ ｓｏ ｈ ｎｎ Ａ ）： （ ２ ｓ
用 Ｒ Ｆ磁 控 溅 射 法 制 备 锂 氮 共 掺 Ｐ型 氧 化 锌
刘 力 ，郭秀芝 ， 赵婷婷
（ ．北华大 学 物理学 院 ， １ 吉林 吉林 １２ １ ； ．Байду номын сангаас林大学 物理学 院 ， ３０ ３ ２ 长春 １０ １ ） ３０ ２
摘 要 ：采用 Ｒ Ｆ磁 控 溅射 技术 ，以掺 杂 氮化锂 的氧 化锌 陶瓷 为靶材 ， 不 同物 质 的量 比的高 纯 用
Ａ ｓｒｃ ： ｈ ｉ ｕ ｌ ｏｅ ｎ （ ｎ ： Ｌ ， ）ｔｉ ｌ ｓｐｅ ａｅ ｎ ｑ ａ ｚｓｂ ｔ ｔｓｂ ａ ｓｏ ｂ ｔ ｔ Ｔ ｅＬ－ ｄ ａ ｄ ｐ ｄＺ Ｏ Ｚ Ｏ （ ｉＮ） ｈｎｆｍ ｒ ｒｄ ｏ ｕ ￣ ｕ ｓ ａ ｙｍｅｎ ｆ ａ Ｎ ｉ ｐ ｒｅ
关键 词 ： Ｆ磁 控 溅射 ；锂 氮共掺 ；氧 化锌 ；半导 体 Ｒ 中 图分 类号 ： ４ ３ ０ ９ 文献标 志码 ： Ａ 文章 编 号 ： ６ １５ ８ （ ０ ０ ０ －６ ７０ １ ７ —４ ９ ２ １ ） ４０ ６ －５
Ｐ－ ｐ ・ Ｄｕ ｌＤｏ ｅ ・ Ｔｙ ｅ ＬｉＮ ａ ｐ ｄ ＺｎＯ ｅ ｒ ｄ ｂ ａ ｎ ｔ ｏ ｐ ｔｅ ｉ ｇ － Ｐｒ ｐａ ｅ ｙ ＲＦ Ｍ ｇ ｅ ｒ ｎ Ｓ ｕ ｔ ｒ ｎ
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