杨成兴[1]2003年在《雾化汽相沉积法制备ZnO薄膜及其性能研究》文中认为氧化锌是一种多用途的宽禁带半导体材料。传统上，ZnO薄膜被广泛应用于声表面波器件、体声波器件、气敏传感器、压敏电阻、透明导电电极等领域。近年来，ZnO作为宽禁带半导体材料的研究越来越受到人们的重视。和GaN相比，ZnO薄膜具有生长温度低，激子复合能高(ZnO：60meV，GaN：21～25meV)，受激辐射阈值较低，能量转换效率很高等优点。有可能实现室温下较强的紫外受激发射，制备出性能较好的探测器、发光二极管和激光二极管等光电子器件。另外，ZnO的辐射波长具有比GaN的蓝光发射更短，对增加光记录密度具有重要意义； 本论文综述了ZnO薄膜的各种生长技术及其原理，并概括了ZnO薄膜研究的最新进展。利用自制的雾化汽相沉积技术生长了高度C轴择优取向的ZnO晶体薄膜，并用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)、紫外-可见光光谱仪(UV-Vis absorption Spectrometer)、Hall效应测试仪等方法对ZnO薄膜的结构和性能进行了表征。研究了各生长条件如衬底温度、前驱体溶液浓度、衬底类型等参数对ZnO薄膜性能的影响。 在国际上首先实现了用氨水作为掺杂剂掺杂制备P型ZnO薄膜，并研究了其掺杂机理及光学、电学性能。利用雾化汽相沉积的P型导电ZnO薄膜，载流子浓度可达2.5×10~(17)cm~(-3)，且具有较好的光学性能。 另外，制备了Al／n-ZnO／p-Si异质结，测试了不同环境下该异质结的Ⅰ-Ⅴ曲线。并在实验中首次发现在经过真空处理后的Al／n-ZnO／p-Si异质结中表现出了类似GaInP／AlGaInP量子阱等结构的S型负阻(NDR)现象。此现象具有应用前景。 上述具有创新性的工作内容已经申请国家发明专利，相关内容已经被国外刊物录用。
温媛[2]2007年在《超声雾化汽相沉积法制备ZnO薄膜及其性能研究》文中研究指明ZnO材料是一种具有六角纤锌矿结构的半导体材料,作为一种具有宽带隙、低介电常数,高化学稳定性及优异的光电、压电特性的多功能材料应用领域十分广泛。传统上,ZnO薄膜被广泛应用于声表面波器件、体声波器件、气敏传感器、压敏电阻、透明导电电极等领域。近年来,ZnO作为宽禁带半导体材料的研究越来越受到人们的重视。和GaN相比,ZnO薄膜具有生长温度低,激子复合能高(ZnO:60meV,GaN:21～25meV),受激辐射阈值较低,能量转换效率很高等优点。有可能实现室温下较强的紫外受激发射,制备出性能较好的探测器、发光二极管和激光二极管等光电子器件。另外,ZnO的辐射波长具有比GaN的蓝光发射更短,对增加光记录密度具有重要意义。论文系统的阐述了ZnO薄膜的各种生长技术及其原理,并概括了ZnO薄膜研究的最新进展。利用自制的超声雾化热解沉积技术生长了具有C轴择优取向的ZnO薄膜,并利用X射线衍射仪(XRD)和原子力显微镜(AFM)等测试手段,对ZnO薄膜的结构和性能进行了表征。研究了各生长条件,如前驱体溶液浓度、衬底温度、载气流量、衬底到端口的距离、退火处理对ZnO薄膜的结构和性能的影响。实验结果表明,适当的生长条件有利于制备C轴取向生长的ZnO薄膜:当前驱体溶液浓度为0.1 mol/L,衬底温度为320℃,载气流量为5L/min,衬底到端口的距离为60 cm,沉积出高度C轴择优取向的ZnO薄膜,且在氧气气氛下退火温度为600℃时,得到的薄膜结晶状况较好。用AlCl_3·6H_2O作为掺杂剂制备了掺Al的ZnO薄膜,掺杂浓度的增加不利于ZnO薄膜的取向生长。
陈健[3]2004年在《超声雾化热解法制备ZnO薄膜结构及其性能研究》文中研究指明氧化锌是一种多用途的Ⅱ-Ⅵ族宽禁带半导体材料。传统上，ZnO薄膜被广泛应用于太阳能电池、声表面波器件、压敏器件、透明导电电极等领域。近年来，ZnO作为宽禁带半导体材料的研究越来越受到人们的重视。和GaN相比，ZnO薄膜具有生长温度低，激子复合能高(ZnO：60meV，GaN：21～25meV)，有可能实现室温下较强的紫外受激发射，制备出性能较好的探测器、发光二极管和激光二极管等光电子器件。ZnO的辐射波长具有比GaN的蓝光发射更短，对增加光记录密度具有重要意义。目前，有关氧化锌的研究集中在氧化锌的紫外光发射和可见光发光机制方面。对于可见光发光机制目前尚无统一认识。 本文综述了ZnO薄膜的各种生长技术及其原理，并概括了ZnO薄膜研究的最新进展。利用自制的超声雾化热解沉积技术生长了具有C轴择优取向的多晶ZnO薄膜，并利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)、紫外-可见光光谱仪(UV-Vis absorption Spectrometer)、荧光光谱仪(PL Spectrometer)等测试手段，对ZnO薄膜的结构和性能进行表征。研究了各生长条件，如前驱物溶液浓度、衬底温度、沉积时间、退火处理和掺杂浓度对ZnO薄膜结构和性能的影响。实验结果表明，前驱物浓度增加有利于制备C轴取向生长的ZnO薄膜；400℃时，沉积出高质量C轴择优取向的ZnO薄膜，在氧气气氛下退火温度为600℃时，得到的薄膜结晶性较好；而且，掺杂浓度增加不利于ZnO薄膜的取向生长。受激发射光致发光结果表明，样品在600℃退火时390nm紫外发射最强，同时观察到强度较弱的可见光发光带。实验还发现，退火气氛可明显改变ZnO的本征和缺陷发光，可见发光机制探讨中，蓝绿发光的主要是由氧空位或锌填隙等缺陷引起的。
张艳杰[4]2009年在《氢化处理及Li掺杂ZnO薄膜光学性能研究》文中指出ZnO是一种宽禁带的新型II-VI化合物半导体材料,具有六角钎锌矿结构,同时它是一种独特的材料,具备光电、压电等性能。特别地,由于其禁带宽度大(3.37 eV),激子结合能高(60 meV),室温下具有高效的激子受激发光,所以,ZnO在短波长光电器件领域有着极大的应用潜力,如发光二极管(LEDs)和激光器(LDs)等。要实现ZnO在光电领域的广泛应用,首先必须获得性能良好的n型和p型ZnO材料。但是由于缺陷的影响,ZnO的发光效率较低。尽管控制缺陷对于提高ZnO发光效率具有重要意义,但是缺陷相关的电子-空穴复合机制尚未明确。本文利用雾化气相沉积法制备了ZnO晶体薄膜,分析不同衬底温度及退火气氛对ZnO表面形貌及发光性能的影响,发现2.39 eV处绿光发光峰的起源与氧空位有着密切的关系。利用脉冲调制等离子体炉氢化处理ZnO薄膜,改变氢化时样品与等离子之间的距离,分析氢化处理对发光性能的影响。室温CL光谱表明,氢化处理能够提高紫外发光效率(3.27 eV),并且发光效率提高的幅度与氢化条件关系密切。当距离从90 mm减小至75 mm时,紫外发光及绿光发光强度均先增加后降低。低温下的CL测试发现,对ZnO样品氢化处理后,3.315 eV发光峰成为优势的发光带。研究表明,氢与本征缺陷能够形成浅施主络合物,提高了浅施主的浓度,对于提高紫外光发光效率有重要意义。论文第五章利用溶胶-凝胶法制备了Li掺杂ZnO多晶薄膜。样品保持了钎锌矿结构。室温CL测试表明,随Li掺杂浓度的增加,无辐射复合中心浓度增加,样品的发光效率降低。通过分析样品低温下的CL光谱,3.28及3.31 eV两处的发光峰归因于LiZn及LiZn-Lii受主束缚激子跃迁。Zn1-xLixO薄膜(0.08≤x≤0.12)具有室温铁电电滞回线,锂锌替代及锂相关络合物是导致Li掺杂ZnO薄膜具有铁电性的原因。
周佳[5]2006年在《超声喷雾热解法ZnO薄膜的制备与性能研究》文中研究说明本文综述了ZnO薄膜的各种生长技术及其原理,并概括了ZnO薄膜研究的最新进展。着重介绍了节能镀膜玻璃,特别是低辐射镀膜玻璃的发展概况,节能特性、原理、低辐射膜的种类以及常用的制备方法等。 本实验以醋酸锌水-乙醇混合溶液为前驱体溶液,使用自制的超声喷雾热解系统在玻璃基板上制备得到了ZnO薄膜并利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、紫外-可见光光谱仪(UV-Vis Spectrometer)等测试手段,对ZnO薄膜的结构和性能进行表征。研究了各种生长条件,如前驱物溶液浓度、去离子水-乙醇比例,衬底温度和沉积时间等工艺参数对ZnO薄膜结构和性能的影响。实验结果表明,适宜的温度,前驱体浓度是制备出具有优良的均匀性和致密性薄膜的关键因素。温度上升有利于制备出C轴取向生长的ZnO薄膜;450℃时,可以沉积出高质量C轴择优取向的ZnO薄膜。当把前驱体溶液的浓度从0.1M增加到0.3M,ZnO薄膜的结晶性能越来越好,C轴取向性也越来越大。但是过高的前驱体溶液浓度和衬底温度却会降低薄膜的致密性。通过对紫外-可见光谱的分析,发现ZnO薄膜的可见光区的透过率同ZnO的微观结构变化有关。在450℃到500℃,0.3M前驱体溶液浓度下制备出的薄膜均匀致密同时也具有良好的可见光透过率,可以达80%以上。
范红兵[6]2006年在《p型ZnO薄膜的制备及其特性的研究》文中研究说明氧化锌是一种多用途的Ⅱ-Ⅵ族宽带隙半导体材料。由于具有优异的压电、光电特性, ZnO被广泛用于太阳能电池、表面声波、压电和气敏器件。此外,ZnO还具有激子束缚能高(ZnO:60meV,GaN:21-25meV)、抗辐射能力强等优点。ZnO独特的性质使得它在紫外光探测器、蓝光发光二极管和短波长激光器等领域具有相当诱人的应用前景。自从1996年首次报道ZnO室温下光泵浦紫外受激发射以来,ZnO作为宽带隙半导体材料的研究越来越受到人们的重视。研究的范围已经涵盖了ZnO体单晶、纳米ZnO、量子点、量子线等材料的生长和特性的研究以及ZnO的p型掺杂,在短短几年内对ZnO的研究就取得了很大的进展。不过,于2002年10月在美国召开的ZnO国际学术会议上,各国学者一致认同:国际上还没有可重复的制备电学性能和稳定性较好的p型ZnO薄膜的方法;2006年9月,Q.Wan也在Applied Physics Letters上发表评论说:低阻、高迁移率p型ZnO的制备仍然是一个巨大的挑战。可见,p型ZnO的制备仍然是目前摆在世界各国科学家面前的重要课题,是研制电注入p-n结型ZnO基器件必须解决的关键和难点。本论文主要采用自行设计并改进的超声雾化热分解系统,通过优化生长工艺条件和降低薄膜生长速率制备出高度c轴择优的p型ZnO薄膜,应用Hall、XRD、XPS和SIMS等手段对ZnO薄膜的电学和结构性能进行了表征分析,重点讨论了超声喷雾热分解系统的设计和改进,研究了各工艺条件如衬底温度、掺杂配比、沉积时间和衬底对ZnO薄膜性能的影响。主要结论如下:1、设计出简单实用的喷头,简化了设备的操作,大大提高了实验的重复性和ZnO薄膜的晶体质量;2、衬底温度为440℃时可制备电学性能较好的p型ZnO薄膜,同时薄膜晶体质量和透过率较好。该温度下我们在普通玻璃和corning7059玻璃衬底上,Zn、N、Al原子比分别为1:3:0.10和1:3:0.07时制备出电学性能最好的p型ZnO薄膜,相应的电学参数为:普通玻璃上薄膜电阻率8.1??cm、迁移率4.3cm2?V-1?s-1、载流子浓度1.8×1017cm-3;7059玻璃上薄膜电阻率3.58??cm、迁移率2.17 cm2?V-1?s-1、载流子浓度8.01×1017cm-3;3、衬底温度合适时,前驱溶液的浓度对薄膜的电学性能影响不明显;4、不同衬底上薄膜电学特性有很大差别,其中相同条件下普通玻璃和corning7059玻璃衬底上薄膜导电类型不同,这是普通玻璃衬底内Na向ZnO中的扩散所致;另外,低阻Si衬底上ZnO薄膜比高阻衬底上薄膜的电学指标要高几个数量级,这是Si衬底的导电性对霍尔测试结果的影响所致;5、光致发光结果表明:Si衬底上温度为440℃,Zn、N、Al原子配比为1:3:0.1时所制备的p型ZnO薄膜在380nm处的发光峰很强,而可见光发光带十分微弱,具有较好的发光特性。
温媛, 杨成韬, 张树人[7]2007年在《超声雾化气相沉积法制备ZnO薄膜》文中研究指明采用超声雾化气相沉积工艺,以醋酸锌水溶液为前驱体溶液,在SiO2/Si衬底上成功的制备出ZnO薄膜。通过X-射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)对所得ZnO薄膜的晶体结构和微观形貌进行分析,发现随着衬底温度升高,ZnO薄膜c轴取向趋势增强,表面趋于光滑平整。研究表明,在前驱体溶液浓度为0.1 mol/L,衬底温度为320℃,载气流量为0.1 L/min,喷口到衬底的距离为60 cm、沉积30 min的实验条件下,生长出的ZnO薄膜为六方纤锌矿结构,且具有的高度c轴取向。
张籍权[8]2009年在《ZnO/Si异质结太阳能电池的制备》文中认为太阳能电池产业中,硅太阳能电池以其高达20%的转换效率、成熟的制作工艺,在工业生产中占据着主导地位,然而受到硅材料价格及繁琐电池制作工艺的影响,硅太阳能电池的成本居高不下,目前严重制约着太阳能电池的大范围推广。开发成本低廉、制作工艺简单的新型太阳能电池材料是解决目前所面临问题的最为有效的途径,尽管电池效率较低,但相对低成本、低耗能的新型太阳能电池已成为业界的研究热点。在硅衬底上利用简单工艺沉积一层透明半导体薄膜,从而制备异质结太阳能电池是一种具有潜在应用前景的构思。此种异质结太阳能电池具有优良的光伏效应,且制作工艺简单,制备温度较低。目前采用喷雾沉积氧化铟锡(ITO)薄膜于硅衬底上制备的太阳能电池效率可达到12～15%。但考虑到地球上In源的有限性,ITO原料在供给方面也将面临短缺的问题。ZnO透明导电膜具有优良的光电特性,且来源丰富、价格低廉、毒性小,又具有很高的热稳定性和化学稳定性,是替代ITO的首选材料,这就使得ZnO/Si异质结太阳能电池的研发成为极富应用前景的研究课题。本文在前人的研究基础上,系统地制备了ZnO/Si绒面异质结太阳能电池,介绍了电池的制备过程和目前仍存在的问题,并讨论分析了影响电池效率的主要因素。文中详细介绍了Ag/Ti/n-ZnO/p-Si/Al绒面异质结太阳能电池的制备工艺流程,依次包括Si衬底的准备,制备生长窗口,腐蚀Si绒面结构,n型ZnO薄膜的沉积,上下表面金属电极的制备,退火合金,切边测试等若干主要步骤,详细分析了所得样品的电池性能参数,指出了目前仍需努力解决的问题。课题组通过大量的尝试性试验对电池的制备条件进行了反复的摸索,确定了每一个步骤的具体细节。在标准光源的照射下对制备出的电池样品进行了I-V特性测量,获得的最佳测试结果为:开路电压:V_(OC)=355mV,短路电流:I_(SC)=36mA;获得最大输出功率时:V_m=203mV,I_m=16mA;填充因子FF=0.41;电池效率达到5.2%。绒面异质结构有效降低了电池表面的光反射,相对增加了p-n结的有效面积,电池效率得到一定程度的提高。后续测量发现电池效率等参数随时间推移逐渐降低,分析认为ZnO与Si界面之间SiO_2层的存在是目前影响电池效率的主要因素,利用电子束蒸发设备在样品上表面沉积一层致密的SiO_2保护层之后,电池效率衰减得到了有效的控制。
孙宏明[9]2009年在《基于MEMS的压电超声技术的研究》文中研究说明本文主要研究基于MEMS的压电超声技术,包括超声检测、超声微流体驱动技术和ZnO压电薄膜材料及器件的研究,研究课题属于当前微机电系统中较为前沿和创新的学科领域,如下所述:1、超声共振谱技术(Resonant Ultrasound Spectrum,简称RUS)是上个世纪九十年代发展起来的一种表征材料特性的方法,该方法成为现代超声检测的较为常用的技术手段,其测量的范围广泛,在MEMS领域内,可用于微型器件的检测。在RUS测量过程中,试件样品通常被夹在两片压电换能器之间,压电换能器可以采用PZT或其他的压电陶瓷或晶体。但是,因为压电片表面是光滑的,试件难以准确地夹在两片压电片中间并且保证每次测量装夹的位置都一致,从而降低测量准确性,尤其当试件很小时,这种影响更为显着。针对此问题,本文提出并设计了一种新型的超声检测换能器结构,并对它进行分析。通过与单独PZT-4换能器结构进行分析比较,PZT/Si复合结构的静力位移偏差很小,约为2%,其各阶共振频率与单独PZT-4相差不大,这些分析表明本文所设计的PZT/Si复合压电换能器的工作灵敏度受影响微小,可以用于超声共振谱的测量当中。最后利用MEMS技术制造出了该复合换能器件的初步结构。2、微流体技术是MEMS领域内发展迅速的一门学科,其应用广泛,如DNA及一些生物分子的测试应用、环境监测、喷墨打印以及LED、“芯片实验台”和一些IC芯片等的散热系统。在微流体学科领域内,利用超声技术驱动与操控微流体近几年成为研究热点,相比其他微流体技术具有很大的研究价值和潜力。声流是超声应用中较为常见的现象,是声波在流体介质中传播由于流体黏性而衰减产生的非定向流动,超声流作为高频声波在流体中的传播,可以驱动流体运动。超声技术应用领域的不断拓展使得超声流的应用研究也越来越广泛,随着MEMS技术的不断发展,所制造的微装置尺寸越来越小,声流在微管道内的运动不同于传统的管道,当前有大量的关于声流应用的实验研究,却缺乏对于微尺寸管道内声流的系统理论分析,因此很有必要进行微管道内声流的研究。本文对设计的MEMS微流体装置中微管道内声流进行系统的研究,即利用PZT压电片激励MEMS微流体装置,使得声波在管道内传播,产生的驱动力引起微管道内部声流的运动。应用流体动力学的基本理论,对声波在管道内部传播时产生的声场驱动力和声流运动进行分析。通过分析可以得到振幅为10nm,声波频率为200KHz～1MHz时,流速可达到1～9mm/s。根据这些分析,我们可以利用超声方法对MEMS微流体装置进行驱动控制以便应用在粒子输送和微管道冷却等方面。3、ZnO作为压电薄膜具有较低介电常数和较高的机电耦合系数,可用于MEMS麦克风、微加速度传感器以及体声波共振器件等微传感和执行器件中,在MEMS领域有着广泛的应用。因此,为了满足压电超声技术中超声波的激励需求,本文研究在不同材料衬底上利用磁控溅射法生长高质量ZnO作为压电薄膜,同时,为了实现ZnO薄膜器件微制造与IC工艺的兼容,本文还在实验的基础上考虑利用Al材料作下电极的压电器件的加工工艺。实验中采用了磁控溅射法在不同衬底上生长厚约1～2μm的ZnO薄膜,通过实验对样品进行XRD和SEM测试,来研究磁控溅射过程中工艺参数、衬底及退火工艺对ZnO薄膜质量的影响,从而获得制备高质量薄膜的工艺技术以满足压电性能的要求。结果表明,表面沉积Si_xN_y薄膜的硅片上生长的ZnO薄膜比表面溅射铝膜的硅片上的C轴择优取向生长特性好,选择合适的退火处理工艺可使晶体质量有所改善。在此基础上,为了能够与CMOS工艺兼容,开发了仍然采用Al作为底电极但用一层Si_xN_y薄膜与ZnO层隔离的MEMS压电器件的微制造工艺。
李江波[10]2009年在《雾化法制备硫化镉薄膜及其掺杂特性研究》文中研究表明新材料在未来科学技术的发展中起着非常重要的作用,它将促进科学技术的迅速发展,增强国民经济实力,提高人们的日常生活水平。尤其是光电子信息材料的研究发展,更是举足轻重。硫化镉是一种应用广泛的光电子信息材料,从事该方面的研究工作,将会促进我国光电子技术及其应用的发展,同时对我国国民经济的发展也具有重要意义。文中详细介绍了硫化镉薄膜材料的制备方法及其原理,并概括了CdS薄膜的研究现状和应用。本实验以二乙基二硫代氨基甲酸镉(CED)—二甲亚砜混合溶液为前驱体溶液,使用自制的超声雾化热解(USP)系统在玻璃基板上制备得到了CdS及其掺杂薄膜,并利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、紫外—可见光光谱仪(UV-Vis Spectrometer)等测试手段,对薄膜的结构和性能进行表征。研究了各种生长条件,如掺杂物浓度,衬底温度,沉积时间和退火等工艺参数对CdS薄膜结构和性能的影响。实验结果表明,雾化汽相沉积CdS薄膜,衬底温度对薄膜的c轴择优取向性影响较大,随着衬底温度的升高,薄膜c轴取向度增强;当衬底温度过高时,薄膜的c轴择优取向性减弱,结晶性变差。因此,适宜的衬底温度是超声雾化热解技术获得c轴取向高度一致的CdS薄膜的重要因素。在掺杂镁的薄膜样品中,当掺杂浓度从0到50 at%增长时,薄膜的C轴择优取向性先增强后减弱,当掺杂浓度为10 at%时,薄膜的C轴择优取向性最强。观察掺杂样品薄膜的XRD发现,生成的薄膜均为多晶,六角纤锌矿结构。随着衬底温度的升高,掺杂薄膜的C轴择优取向性增强,衍射峰半高宽逐渐下降,通过谢乐公式计算发现,晶粒尺寸增大。在共掺杂薄膜样品中,随着锰原子所占比例的增加,薄膜紫外透射光谱的吸收截止边带向高波长方向漂移;当锰原子所占比例进一步增大(Mg:Mn=1:5)时,发现透射光谱的吸收截止边带向低波长方向漂移。未掺杂时薄膜导电类型为n型;当掺杂浓度为10 at%时,导电类型转变为p型;进一步增大掺杂量,为30 at%时,发现导电类型转变为n型;当掺杂量达到50 at%时,导电类型又转变为p型。在掺杂样品中,随着掺杂量的增加,薄膜的电阻率逐渐增大。
参考文献：
[1]. 雾化汽相沉积法制备ZnO薄膜及其性能研究[D]. 杨成兴. 浙江大学. 2003
[2]. 超声雾化汽相沉积法制备ZnO薄膜及其性能研究[D]. 温媛. 电子科技大学. 2007
[3]. 超声雾化热解法制备ZnO薄膜结构及其性能研究[D]. 陈健. 北京工业大学. 2004
[4]. 氢化处理及Li掺杂ZnO薄膜光学性能研究[D]. 张艳杰. 湘潭大学. 2009
[5]. 超声喷雾热解法ZnO薄膜的制备与性能研究[D]. 周佳. 浙江大学. 2006
[6]. p型ZnO薄膜的制备及其特性的研究[D]. 范红兵. 河北工业大学. 2006
[7]. 超声雾化气相沉积法制备ZnO薄膜[J]. 温媛, 杨成韬, 张树人. 压电与声光. 2007
[8]. ZnO/Si异质结太阳能电池的制备[D]. 张籍权. 大连理工大学. 2009
[9]. 基于MEMS的压电超声技术的研究[D]. 孙宏明. 厦门大学. 2009
[10]. 雾化法制备硫化镉薄膜及其掺杂特性研究[D]. 李江波. 电子科技大学. 2009
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