1 北京交通大学理学院物理系, 北京 100044
2 北京交通大学理学院微纳材料及应用研究所, 北京 100044
选用纳米球刻蚀技术在蓝宝石(Al2O3)基底上制备350 nm 聚苯乙烯(PS)微球密排掩模版,然后采用反应射频磁控溅射方法分别在PS/Al2O3和Al2O3基底上沉积氧化锌(ZnO)薄膜,去除掩模版的PS微球后,对经退火处理的两种样品进行X射线衍射分析、扫描电子显微镜观察和荧光光谱测试。结果表明,在PS/Al2O3上生长的ZnO薄膜(样品1)的晶粒呈明显的蠕虫状,而直接在Al2O3基底上生长的ZnO薄膜(样品2)表面晶粒为不完全六棱台形状。样品2的结晶性能优于样品1,但是在362 nm附近样品1的近带边缘荧光发射峰强度比样品2的发射峰强43倍。
薄膜 紫外波段 光致发光 氧化锌薄膜 反应射频磁控溅射 纳米球刻蚀技术
衬底温度是磁控溅射法制备氧化锌薄膜中一个非常重要的工艺指标，探索衬底温度对氧化锌薄膜微结构及光学性能的影响对制备环保型高质量氧化锌紫外屏蔽材料具有重要意义。以质量分数99.99%的氧化锌陶瓷靶为溅射源，利用射频磁控溅射技术在石英衬底上沉积了氧化锌紫外屏蔽薄膜，通过X射线衍射仪、薄膜测厚仪、紫外-可见分光光度计、荧光分光光度计进行测试和表征，研究了不同衬底温度对ZnO薄膜微结构及光学性能的影响。实验结果表明:制备所得薄膜均为六角纤锌矿结构，具有沿(002)晶面择优取向生长的特点，其晶格常数、晶粒尺寸、透过率、光学能隙、可见荧光、结晶质量等都与衬底温度密切相关，当衬底温度为250 ℃，溅射功率160 W，氩气压强0.5 Pa，氩气流速8.3 mL/min，沉积时间60 min时，所得氧化锌薄膜样品取向性最好，晶粒尺寸最大，薄膜结构致密，具有良好的光学性能和结晶质量。
ZnO薄膜 磁控溅射 衬底温度 光学性能 择优取向 结晶质量 ZnO thin film magnetron sputtering substrate temperature optical property preferred orientation crystal quality
长沙理工大学物理与电子科学学院, 湖南 长沙 410114
X射线衍射光谱、 拉曼光谱和紫外可见透射光谱技术是薄膜材料检测的重要技术手段。 通过对薄膜材料光谱性能的分析, 可以获得薄膜材料的物相、 晶体结构和透光性能等信息。 为了解厚度对未掺杂ZnO薄膜的X射线衍射光谱、 拉曼光谱和紫外可见透射光谱性能的影响, 利用溶胶-凝胶法在石英衬底上旋涂制备了不同厚度的未掺杂ZnO薄膜样品, 并对薄膜样品进行了X射线衍射光谱、 拉曼光谱和紫外可见透射光谱的检测。 首先, 通过X射线衍射光谱检测发现, 薄膜样品呈现出(002)晶面的衍射峰, ZnO薄膜为六角纤锌矿结构, 均沿着C轴择优取向生长, 且随着薄膜厚度的增加, 衍射峰明显增强, ZnO薄膜的晶粒尺寸随着膜厚的增加而长大。 利用扫描电子显微镜对薄膜样品的表面形貌分析显示, 薄膜表面致密均匀, 具有纳米晶体的结构, 其晶粒具有明显的六角形状。 通过拉曼光谱检测发现, 薄膜样品均出现了437 cm-1的拉曼峰, 这是ZnO纤锌矿结构的特征峰, 且随着薄膜厚度的增加, 其特征拉曼峰强度也增加, 进一步说明了随着ZnO薄膜厚度的增加, ZnO薄膜晶化得到了加强。 最后, 通过紫外可见透射光谱测试发现, 随着膜厚的增加, 薄膜的吸收边发生一定红移, 薄膜样品在可见光区域内的透过率随着膜厚度增加而略有降低, 但平均透过率都超过90%。 通过对薄膜样品的紫外-可见透射光谱进一步分析, 估算了薄膜样品的折射率, 定量计算了薄膜样品的光学禁带宽度, 计算结果表明: 厚度的改变对薄膜样品的折射率影响不大, 但其禁带宽度随着薄膜厚度的增加而变窄, 且均大于未掺杂ZnO禁带宽度的理论值3.37 eV。 进一步分析表明, ZnO薄膜厚度的变化与ZnO晶粒尺寸的变化呈正相关, 本质上, 吸收边或光学禁带宽度的变化是由于ZnO晶粒尺寸变化引起的。
ZnO薄膜 光谱 溶胶-凝胶 带隙 ZnO thin film Spectrum Sol-gel Band gap 光谱学与光谱分析
2021, 41(9): 2835
河南科技大学 材料科学与工程学院, 河南 洛阳 471023
采用溶胶凝胶旋涂法在FTO玻璃衬底上制备得到了不同Al掺杂浓度的ZnO薄膜(AZO)。利用XRD、FESEM、UVvis和PL等测试手段对样品结构、形貌和光学性能进行了表征。结果表明, 合成的AZO薄膜均为六方纤锌矿结构且峰强随掺杂浓度的升高而减弱; 同时, 颗粒形貌由不规则向规则球形转变且尺寸逐渐减小; PL谱中的近紫外发射峰和晶格缺陷峰值随掺杂浓度的升高先增大后降低; 由UVvis吸收光谱可知, AZO薄膜在设定波长内的光吸收处于波动状态, 且当Al掺杂浓度为3%时, 光吸收强度最高, 禁带宽度减小到3.12eV。
ZnO薄膜 Al掺杂 溶胶凝胶法 光学性能 ZnO thin film Al doping SolGel method optical properties
1 上海理工大学 光电信息与计算机工程学院, 上海 200093
2 上海理工大学 上海市现代系统光学重点实验室, 上海 200093
采用直流磁控溅射法,以柔性PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)为基底,通过参数优化以求在室温下制备高性能ZnO/Ag/ZnO 多层薄膜。实验中,使用X射线衍射仪(XRD)、原子力显微镜(AFM)、紫外可见分光光度计、四探针电阻测试仪等仪器分别对ZnO/Ag/ZnO多层薄膜的微观结构、表面形貌、透过率及方块电阻进行测试及表征。结果表明,随着Ag层厚度增加,薄膜方块电阻急剧下降,通过改变ZnO层厚度,可有效调节薄膜光学性能,随着ZnO层厚度增加,可见光区平均透过率先增大后减小。引入品质因子FTC作为评价指标可知,当依次沉积ZnO、Ag、ZnO厚度为50 nm、8 nm、50 nm时,薄膜光电性能最佳,其在可见光平均透过率为82.3%、方块电阻为2.8 Ω/□、禁带宽度为3.332 eV。
ZnO薄膜 磁控溅射 透明导电薄膜 光电特性 ZnO thin film magnetron sputtering transparent conductive film photoelectric characteristics
1 中国科学院电工研究所 电子束曝光技术研究组， 北京 100190
2 中国科学院大学， 北京 100049
3 中国科学院电工研究所 太阳能电池技术研究部， 北京 100190
为研究电子束退火对Li-N共掺杂ZnO薄膜性能的影响，首先利用溶胶-凝胶旋涂法在p型Si(111)衬底上制备Li-N共掺杂的ZnO前驱膜，然后用电子束对前驱膜进行退火。退火时，电子束加速电压10 kV，退火时间5 min，聚焦束流123 mA，束流为0.7～1.9 mA，最后得到Li-N共掺杂的ZnO薄膜。XRD谱分析表明，当束流高于1.5 mA之后，薄膜为六方ZnO和立方ZnO的混合多晶薄膜，且有金属Zn生成，导致薄膜有较强的绿光发射。SEM图片分析显示，薄膜的晶粒尺寸随束流增加而增大，当束流高于1.5 mA后，晶粒尺寸变化不大，约为60 nm。光致发光(PL)谱和激光拉曼谱的分析结果证实Li、N元素已掺入ZnO晶格中，PL谱中观察到Li元素掺杂引起的紫光发射，拉曼散射光谱中观察到N替代O位的缺陷振动模式。
电子束退火 掺杂 多晶 ZnO薄膜 electron beam annealing doping polycrystalline ZnO thin film
1 江西科技学院 协同创新中心, 江西 南昌330098
2 江西科技学院 管理学院, 江西 南昌330098
3 浙江正泰太阳能科技有限公司, 浙江 杭州310053
采用低压化学气相沉积(LPCVD)在玻璃衬底上制备了B掺杂ZnO(BZO)薄膜, 研究了氢气气氛退火对BZO薄膜光学性能和电学性能的影响。结果表明: 在氢气气氛下退火后, BZO薄膜的物相结构和透光率基本无变化, 但BZO薄膜的导电能力却明显提高。Hall测试结果表明: 在氢气下退火时载流子浓度基本保持不变, 但迁移率却明显提高。实验结果可为进一步提高BZO薄膜的光学电学综合性能提供借鉴。
低压化学气相沉积 ZnO薄膜 光学性能 载流子浓度 霍尔迁移率 low pressure chemical vapor deposition ZnO thin film optical properties carrier concentration Hall mobility
电子科技大学电子薄膜与集成器件国家重点实验室，四川成都 610054
空间光调制技术广泛应用于阈值开关、高速光互连、光逻辑运算等领域，对光信号的实时快速寻址有极高的要求。与电寻址方式相比，光寻址采用并行寻址，速度快，分辨率高，具有更大的优势。但在实际应用中，如何实现快速稳定的光寻址成为空间光调制的关键。本文以ZnO 薄膜作为光导层，构造光寻址液晶空间光调制器，更好地实现了对读出光光强和相位的二维空间分布的调制。
ZnO 薄膜 光寻址 液晶空间光调制器 ZnO thin film optically-addressing Liquid Crystal Optically-Addressing Spatial Light 太赫兹科学与电子信息学报
2015, 13(1): 173
1 上海理工大学 光电信息与计算机工程学院, 上海200093
2 上海理工大学 上海市现代系统光学重点实验室, 上海200093
采用真空电子束蒸发金属薄膜及后续热氧化技术在石英衬底上分别制备出了ZnO、Al∶ZnO以及Sn∶ZnO薄膜。通过X射线衍射仪(XRD), 紫外可见分光光度计和原子力显微镜(AFM)等分析仪器对比研究了Al、Sn掺杂对ZnO薄膜结晶质量、光学性质及表面形貌的影响。测试结果表明, Al、Sn掺杂可以使薄膜结晶质量得到提高, 薄膜应力部分释放, 薄膜表面的粗糙度也相应增加, 掺杂对薄膜光学带隙的影响在一定程度取决于金属薄膜的氧化程度, 氧化充分可以使光学带隙变宽, 反之则变窄。
ZnO薄膜 热氧化 掺杂 可见光谱 微结构 ZnO thin film thermal oxidation dopants visible spectrum microstructure
1 浙江大学 信息与电子工程学系, 浙江 杭州 310027
2 英国博尔顿大学 可再生能源和环境技术研究所, 博尔顿 BL35AB
提出并制备了基于聚酰亚胺柔性衬底的声表面波(SAW)器件。在柔性聚酰亚胺衬底上低温反应磁控溅射沉积了ZnO压电薄膜; 采用X射线衍射仪, 扫描电子显微镜, 原子力显微镜等设备对ZnO薄膜进行了检测, 结果表明: ZnO薄膜晶粒呈柱状生长并且(002)择优取向, 膜粗糙度小于9 nm, 适合制作压电器件。在柔性衬底上制备了基于ZnO压电薄膜的SAW器件, 该器件表现出良好的谐振性能。采用矢量网络分析仪检测器件的传输曲线, 实验结果与仿真结果具有很好的一致性。随着波长减小, 谐振频率和相速度增加, 当ZnO厚度为4 μm, 波长为8 μm时, 器件的谐振频率为268 MHz, 相速度为2 144m/s, 机电耦合系数为1.1 %; 当ZnO厚度增加时, 此叠层结构的声表面器件的叠层声速也增加。
柔性衬底 ZnO薄膜 压电薄膜 声表面波器件 flexible substrate ZnO thin film piezoelectric film Surface Acoustic Wave(SAW) device
