一、ZnO薄膜的XPS研究(论文文献综述)
姜清芬[1](2021)在《离子注入极性氧化锌薄膜的光电性质研究》文中研究指明氧化锌(ZnO)是Ⅱ-Ⅵ族宽禁带的半导体材料,在室温下的带隙约为3.3 eV,激子束缚能高达60meV。ZnO具有良好的光电性、透明导电性、气敏性和压电性,并且容易实现集成化。这些优异的性能使ZnO材料在很多方面具有极大的实际应用价值,如紫外探测器、压敏器件、表面声波器件等。近年来,人们对氧化锌材料的主要关注点在于氧化锌材料的极化结构及光、电、磁学特性。大量的实验结果表明,掺杂可以改变ZnO材料的光电特性,尤其是对于ZnO薄膜的能带工程而言,掺杂可以调控材料的禁带宽度。ZnO材料的禁带宽度在设计和制备以ZnO为基础的异质结、量子阱结构以及光电器件中非常重要。离子注入是掺杂工艺中一种非常重要的方法,具有浓度控制精确性高、低温掺杂、均匀性好等优点,在制造半导体器件和集成电路的领域具有独特的优势。由于纤锌矿ZnO晶体结构具有不对称性,ZnO沿c轴发生自发极化,具有ZnO[0001]Zn极性和[000-1]O极性。不同极性的ZnO在化学、光电性能上存在着差异,热稳定性、掺杂效率、催化性能都受到极性的影响。极性ZnO薄膜有很多种制备方法,在超高真空条件下进行的分子束外延法具有生长温度低、可实时观察生长过程、成膜质量高等优点。本论文通过以下表征手段对离子注入极性ZnO薄膜的性质进行了探究。X射线衍射谱(XRD)表征极性ZnO薄膜的晶体结构,通过公式计算得到薄膜的晶粒尺寸和晶格常数;通过原子力显微镜(AFM)观测薄膜表面形态;薄膜的组分由X射线光电子能谱(XPS)来定性分析。通过紫外-可见分光光度计、光致发光(PL)、光谱椭偏仪(SE)分析极性ZnO薄膜的光学特性。本论文利用分子束外延法制备极性ZnO薄膜,通过离子注入方式将惰性Kr离子和过渡金属Co离子注入其中,得到离子注入极性ZnO薄膜。对薄膜进行表征分析后,研究成果如下:1.Kr离子注入O极性ZnO薄膜后,表面形态由平面形貌变为颗粒状,在紫外区吸收增加。离子注入后薄膜带隙发生红移现象,这可能是由于Kr离子注入晶格,导致晶格破碎、晶粒变小引起的。另外,椭偏结果显示薄膜在3.56 eV处增加一个跃迁峰,这可能是注入杂质导致的。2.Kr离子注入Zn极性ZnO薄膜后,薄膜性质随着Kr离子注入浓度的增加发生变化,表面凹坑形貌随着Kr离子浓度的增加愈发明显。晶粒尺寸变化较小,表明大部分Kr离子注入Zn极性晶界处。薄膜吸收增加,消光系数增大。通过光谱椭偏拟合结果,发现离子注入后带隙红移,浓度对带隙影响不明显。3.过渡金属元素Co离子注入不同极性ZnO薄膜后,相比于纯ZnO材料,Co离子部分取代Zn离子,离子注入后薄膜带隙明显变小,并且O极性薄膜的带隙小于Zn极性ZnO薄膜。本论文的探究结果为离子注入极性ZnO材料的应用提供了参考。
刘燕秋[2](2021)在《激光辅助化学溶液法制备金属氧化物薄膜》文中认为随着激光器技术的发展,激光退火成为一种常见的材料加工手段,激光具有亮度高、方向性好等特点,利用激光辐照到材料上时产生的光热和光化学效应,可以在低温下实现材料的合成和性能优化,与传统热退火相比激光退火具有很多优势如:退火温度低、作用时间短、可特定区域退火和对衬底无损伤等。化学溶液法是从传统溶胶凝胶法演化而来的一种薄膜制备技术,该方法不需要昂贵的真空镀膜设备,在空气环境中通过涂覆便可实现薄膜大面积沉积,但是得到的前驱体薄膜一般需要经过高温热退火工艺来实现薄膜的致密化和功能化,这不仅造成了巨大的能源消耗,还在一定程度上限制了功能薄膜在柔性热敏感衬底上的制备与应用。激光辅助化学溶液法将激光退火与化学溶液沉积法的优势结合起来,可以实现薄膜低温度、低成本、短时间和大面积的制备。金属氧化物薄膜在电容器、铁电存储、压电传感器、多铁磁电器件、气体传感器、透明导电、自旋电子学、薄膜晶体管、红外探测、锂离子电池和太阳能电池等功能器件中得到广泛应用,金属氧化物薄膜一般在紫外光波段具有较大的吸收系数,因此可以将紫外激光应用到氧化物薄膜的制备中来。本论文采用激光辅助化学溶液法,利用波长为248 nm的准分子激光器对氧化物薄膜进行激光退火,实现了几种金属氧化物薄膜的低温制备和性能优化,并对激光退火过程中的机理进行了推断与分析。本论文的主要内容如下:1.利用激光退火在室温下实现多孔氧化物薄膜的制备。Fe3O4作为锂电负极材料具有较高的理论比容量,但是在充放电过程中体积变化较大导致其循环稳定性很差,我们通过激光辅助化学溶液法在室温条件下,成功制备了多孔的Fe3O4薄膜,改变激光能量密度可以实现对薄膜孔径分布的调控,制备的多孔Fe3O4薄膜电极在大电流密度下经过500次循环容量没有明显下降。这为大面积合成多孔氧化物薄膜提供了一种简便途径。2.利用激光退火在室温下实现对W掺杂的In2O3薄膜电性能优化。透明导电薄膜作为电子器件的核心部件,其退火温度较高难以满足柔性电子器件的发展需求,我们通过室温下激光退火实现对W掺杂In2O3薄膜光电性能优化,薄膜的电阻率降低到2.88 mΩcm,迁移率增大到9.81 cm2 V-1s-1,并且呈现高的近红外和可见光透过率。3.利用激光退火在室温下实现对Ga掺杂的ZnO薄膜电性能优化。我们采用激光辅助化学溶液法在玻璃衬底上制备了 GZO薄膜,室温条件在110 mJ cm-2激光能量密度下对薄膜进行退火,退火之后的薄膜的电导率、载流子浓度和迁移率相比于未进行激光退火的样品分别增加了 30、3和10倍,样品的可见光范围内的平均光学透过率高达94.5%,表明激光退火是一种可以在室温下有效改善透明导电薄膜电输运性能的途径。4.利用激光辅助化学溶液法在400℃下制备了外延的La0.7Sr0.3MnO3薄膜,我们通过改变激光退火的能量密度对薄膜的金属-半导体转变温度(TIM)和铁磁-顺磁转变温度(Tc)进行了有效调制,随着激光退火能量密度从60增加到90mJ cm-2样品的TIM和TC向高温方向移动,导电性与磁性逐渐增强,这归因于薄膜中晶格缺陷和氧空位的减少,Mn3+/Mn4+比例减小。
孙智韬[3](2021)在《通过空间原子层沉积制备的高透明度和高致密性的氧化锌薄膜》文中研究说明氧化锌(ZnO)作为性能优良的半导体材料,在场致发射装置、透明导电涂层、光致发光器件和染料敏化的电极太阳能电池等领域均有广泛的应用。但ZnO在这些领域的应用取决于ZnO的晶粒尺寸和表面形貌,为此研究人员将重点放在ZnO的制备工艺上,目前制备ZnO的方法有很多,比如:化学气相沉积、溶胶-凝胶,热等离子体,喷雾热解和原子层沉积等,其中原子层沉积工艺因其能够制备无孔洞、致密度高的薄膜备受关注。为此,本文采用空间原子层沉积(s ALD)在硅/玻璃衬底上制备了纯ZnO薄膜,并通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱技术(XPS)、霍尔(HALL)效应测量系统对样品进行了表征和分析,探究了衬底温度、退火等因素对薄膜结构、形貌、光学性能和电学性能的影响。为了探究衬底温度对ZnO薄膜性能的影响,本文在不同衬底温度(55-135℃)下制备ZnO薄膜,并进行一系列的表征分析,结果表明当ZnO沉积在折射率约为1.52的硼硅酸盐玻璃上时,所有样品在可见光和近红外光范围内的平均穿透率均超过80%,电阻率范围为(3.2-9.0)×10-3Ω·cm。透射率、带隙和折射率基本不受衬底温度影响,在55℃的衬底上沉积的薄膜具有高度的结晶性,而电阻率只是随着衬底温度的升高而略有下降。为了探究退火温度对ZnO薄膜性能的影响,在氧气和大气氛围下对ZnO进行退火处理,退火温度在300至800℃的温度范围内,通过一系列测试分析了氧空位缺陷的变化。结果表明,氧空位缺陷能够被退火处理有效抑制,特别是在500-700℃的温度范围内;随着退火温度的升高,载流子浓度降低,导致薄膜电阻率升高。此外,氧原子分离到ZnO/Si界面形成界面氧化层,导致300-400℃时ZnO薄膜缺氧,500-800℃时氧原子比下降说明退火处理还能诱导出更高的结晶度,增大晶粒尺寸,提高迁移率。在300-700℃时,折射率随退火温度的升高而增加,这可能是由于薄膜的结构致密化和结晶所致。然而,由于光损较低,退火处理对薄膜的透射率影响不大。本文研究说明,改变衬底温度和退火温度是一种调控氧化锌薄膜性质的有效方式。
容萍[4](2020)在《不同元素掺杂ZnO薄膜的水热制备及光催化性能研究》文中认为目前,TiO2、SnO2和ZnO等金属氧化物被广泛用作光催化剂。其中,ZnO是一种很有吸引力的宽带隙(3.37eV)半导体光催化剂,其高激子结合能(60meV)使其在室温下具有高效的激子发射。此外,使用ZnO作为光催化剂还具有成本低,无毒,吸收光量子多等优点。然而,由于光生载流子的快速复合抑制了 ZnO的光催化效率,因此,可通过抑制电子空穴对的重新组合提高其光催化性能,而将不同元素掺至ZnO光催化剂中是实现这一途径的有效方法。为了克服传统粉末光催化剂的易分散和难回收等问题,可使用薄膜光催化剂。聚对苯二甲酸乙二醇酯(Polyethylene Terephthalate,PET)在可见光范围内有很高的透过率,是一种良好的衬底材料。以石墨烯或氧化铟锡(Indium Tin Oxide,ITO)涂覆的PET(GPET或PET-ITO)将PET和石墨烯或ITO的优异性能相结合,为ZnO的生长提供了更优异的柔性生长基底。本文以GPET或PET-ITO为生长基底,采用简单、绿色的水热法合成了掺杂ZnO/GPET 及 ZnO/PET-ITO 复合材料,通过 X-ray Diffraction(XRD)、Field Emission Scanning Electron Microscope(FE-SEM)、X-ray Photoelectron Spectroscopy(XPS)等对制备的样品进行了基础表征,探究了 ZnO纳米结构的生长机制,分析了不同元素掺杂的ZnO/GPET和ZnO/PET-ITO复合结构的光催化性能,并对M-ZnO/GPET可能的光催化机理进行了探讨。本文的研究内容如下:1.采用水热法分别在PET-ITO和GPET基底上成功制备了硼(B)掺杂的B-ZnO纳米棒。缓冲层可以改善B-ZnO生长的取向性,与ZnO/PET-ITO相比,在GPET基底上生长的B-ZnO复合结构更加致密,具有较优异的c-轴择优取向性。光催化性能测试结果说明,B-ZnO/PET-ITO和B-ZnO/GPET的光降解效率分别为69.56%和81.15%,这证实了以石墨烯作为缓冲层的PET柔性生长衬底使B-ZnO拥有更高的光催化活性。与此同时,研究了 B的掺入对B-ZnO/GPET光催化活性的影响,和未掺杂相比,B掺杂后的光催化反应速率比未掺杂时高9.15%。2.在GPET基底上利用水热法制备了不同金属掺杂的M-ZnO/GPET光催化剂(M=Al、Fe、Ni、Mg、Cu),并研究了掺杂金属对ZnO晶体结构、形貌和光催化性能的影响。XRD分析M-ZnO/GPET均具有六方纤锌矿结构,FE-SEM图像显示Al的掺入对ZnO的形貌影响最大,其形貌为片状结构。光催化实验结果表明,在紫外光照射下,与Ni-ZnO/GPET、Al-ZnO/GPET、Mg-ZnO/GPET、Fe-ZnO/GPET 光催化剂相比,Cu-ZnO/GPET具有显着的光催化增强作用,对亚甲基蓝(MB)的降解率为83.35%,同时提出并讨论了金属Fe、Ni和Cu掺杂ZnO增强光催化活性的作用机理。3.在GPET柔性衬底上生长Cu掺杂浓度分别为0%、3%、5%、7%、10%和15%的Cu-ZnO/GPET纳米棒,研究其光催化性能。研究结果表明,Cu的掺杂并没有对ZnO的晶体结构和微观形貌产生较大的影响,而光催化降解活性随着Cu含量的增加呈先增加后降低的趋势,当Cu掺杂浓度为10%时,所制备的Cu-ZnO/GPET的光催化活性最佳。
李易[5](2020)在《基于Li掺杂ZnO薄膜阻变存储器的特性研究》文中研究表明随着信息技术的飞速发展,进入大数据时代,需要许多更高性能的存储器来满足数据的存储。对于传统的金属氧化物半导体结构存储器,已经很难满足人们对高存储密度、低功耗、读写速度快和保持时间长的需要。阻变存储器不仅具有优异的存储性能,且制备工艺简单等,成为国内外研究的热点领域。二元金属氧化物由于成分简单,与CMOS工艺兼容等优点,被认为是阻变存储器领域最有潜力的材料。本文选用Li掺杂ZnO薄膜作为研究对象,研究阻变层厚度和Li掺杂浓度对阻变存储器特性的影响。采用磁控溅射法制备了Li掺杂ZnO薄膜,利用X射线光电子能谱仪(XPS)、X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM),分别研究了Li掺杂ZnO薄膜的元素组成、微观结构和表面形貌。在此基础上,在Si O2/Si衬底上设计和制备了Pt/Ag/ZnO:Li/Pt/Ti结构的阻变存储器。利用半导体参数测试系统搭建了阻变存储器特性测试系统,对Li掺杂ZnO薄膜阻变存储器的特性进行测试。在室温下,研究了阻变层厚度、Li掺杂浓度对器件开关特性的影响。实验结果表明,当使用5 wt%Li2CO3掺杂ZnO靶材制备的Li掺杂ZnO薄膜阻变存储器,且阻变层厚度约为100 nm时,具有较好的阻变开关特性,低的Set电压和Reset电压,阻变窗口超过104。此外,该阻变存储器也能够在脉冲电压下表现出良好的阻变开关特性,实现超过100次的I-V循环。在高阻态和低阻态的保持时间超过104 s,耐久性可达103。这表明Li掺杂ZnO薄膜阻变存储器在数据存储领域具有良好的应用前景,该研究能够为其实际应用提供很好的实验基础。
李倩[6](2020)在《高功率脉冲磁控溅射沉积Al-N共掺ZnO薄膜的研究》文中研究指明氧化锌(ZnO)因其独特的物理性质而备受关注,如宽直带隙(3.37 eV),高激子结合能(60 meV),这些特性使ZnO广泛应用于太阳能电池、激光二极管和光探测器等。而制备性能优良的p-ZnO薄膜是实现全ZnO基光电器件的关键,但是由于制备的ZnO薄膜存在氧空位(VO)、锌间隙(Zni)、反位锌(ZnO)以及反位氧(OZn)等补偿缺陷,稳定的p-ZnO制备一直较为困难,成为全ZnO基光电器件开发应用的瓶颈。高功率脉冲磁控溅射(HiPIMS)是一种新型等离子体源,具有等离子体密度高、电离率高的特点,在反应溅射中主要以离子形式参加反应,制备的薄膜和普通磁控溅射表现不同的性质。因此针对氮掺杂p-ZnO的稳定性差,本论文采用HiPIMS技术,以氮气为氮源,进行了Al-N共掺ZnO薄膜制备过程中工艺参数的影响研究,并通过时间分辨发射光谱对HiPIMS的放电进行在线诊断,推测p-ZnO薄膜的生长过程。以下为主要研究工作结果:(1)N2流量的影响。研究N2流量对Al-N共掺ZnO薄膜的晶体结构、表面形貌和电学性质的影响。得到随着N2流量的增加,薄膜经历从n-p-n型的转变过程。其中在N2流量为20 sccm时,p-ZnO结晶性最好,其半峰宽(FWHM)较小、表面粗糙度较低,薄膜载流子浓度、迁移率、电阻率分别为5.47×1017cm-3、2.7 cm2/Vs、4.51Ωcm。(2)沉积温度的影响。实验得到ZnO薄膜的沉积速率、表面形貌、电学性质都与沉积温度有紧密的联系。ZnO薄膜的沉积速率220℃时,沉积速率最高,在350℃略有下降。塞贝克效应和霍尔效应测试结果表明,280℃下制备的薄膜为p-ZnO,载流子浓度、迁移率、电阻率分别为5.34×1018cm-3,3.41cm2/Vs和0.35Ωcm。(3)工作气压的影响。当工作气压小于0.6 Pa时,生长的薄膜和ZnO薄膜结构为纤锌矿结构,只有(002)衍射峰,为单晶材料;当工作气压为1 Pa时,薄膜呈(002)晶面择优生长,出现Zn3N2的特征峰;当工作气压为0.3 Pa时,Al-N共掺p-ZnO薄膜电阻率为10.36Ωcm,载流子浓度为1.84×1017cm-3,霍尔迁移率为4.11 cm2/Vs。发射光谱测量得到,N+/N2+达到最大为0.75,易于形成No受主。(4)脉冲宽度的影响。在脉冲宽度为50μs时,ZnO的FWHM最小为0.48,薄膜晶粒尺寸最大,认为这是因为溅射粒子的能量适合于薄膜的成核和长大。OES测量结果显示,随着脉宽的增加,N+/N2+的比例先增加后减小。当50μs时,N+/N2+达到最大为1.03。
张红[7](2019)在《氮掺杂ZnO薄膜的缺陷调控与光电特性研究》文中认为氧化锌(ZnO)作为一种新型的直接宽带隙半导体材料,室温下其禁带宽度约为3.37 eV,且具有较大的激子束缚能(60 meV)和极其优异的光电性能,是制备高效紫外发光二极管、低阈值紫外激光器、紫外探测器的优选材料,也是继GaN之后光电材料领域的又一前沿研究热点,受到国内外研究者的广泛关注。然而,与GaN的早期研究类似,ZnO也遭受非对称性掺杂难题,n型材料容易制备;而稳定可靠的p型掺杂却始终难以实现,这已成为制约ZnO材料进一步发展及推进器件化进程的瓶颈性问题,也直接导致ZnO的p型掺杂研究进入了低谷期。但要弄清ZnO的p型导电的起源和关键影响因素,必须从更为基本的缺陷入手,因此,本论文以ZnO材料中缺陷为研究对象,重点探讨缺陷对光电特性的影响,期望获得缺陷的调控方法,以为未来解决p型掺杂难题提供可能的途径和思路。本论文围绕ZnO的p型掺杂难题,以缺陷调控研究作为重点,首先研究了ZnO单晶在不同退火温度下的氧空位缺陷与光电磁特性,然后,利用射频磁控溅射、离子注入及后期热处理等方法,分别制备了N、In-N两类N基掺杂和In-Mg共掺ZnO薄膜,结合XRD、Raman、XPS、PL、SIMS、Hall、透光率测试及第一性原理计算等多种手段,深入研究了ZnO材料中氧空位、N的复合缺陷、间隙锌缺陷、杂质N缺陷演化行为,探索了缺陷对ZnO材料光电磁等物理特性的影响机制。主要研究内容和成果如下:(1)研究了退火温度对ZnO单晶中的氧空位缺陷与光电磁特性的影响。发现:未掺杂ZnO单晶具有典型的铁磁饱和行为,改变退火温度可有效调控ZnO单晶中氧相关缺陷的含量,ZnO单晶中观察到的d0室温铁磁性与表面氧空位缺陷密切相关;ZnO单晶的导电性能随退火温度增加而提高,主要来源于高温退火过程中Zni-VO浅施主复合体的形成,而不是VO缺陷或H杂质的激活;随退火温度增加,光学带隙呈现先降低后增加的规律,源于VO缺陷导致的降低作用与Burstein-Moss效应导致的增加之间的竞争。(2)结合N离子注入和后期热处理的优化实现了可重复的p型N掺杂ZnO薄膜。研究发现:p型区存在退火温度和退火时间的窗口,退火时间为5 min时,退火温度窗口为850950℃,其中,850℃下退火可获得最佳p型导电性能(空穴浓度、迁移率和电阻率分别为2.64×10166 cm-3、1.37 cm2V-1s-1和172.6Ω.cm),p型导电可维持1个月;而若退火温度过高,N杂质将不断向外扩散,导致VO施主型缺陷的产生和空穴浓度逐步降低。同时,研究发现:非轴向分布的NO-VZn浅受主复合体缺陷是导致N离子注入ZnO薄膜p型导电的一种新构型,其受主离化能约为127 meV。该项工作证实采用N离子注入方式是一种制备p型N掺杂ZnO薄膜的有效途径。(3)研究了表面C元素对N掺杂ZnO薄膜的晶体质量和性能的影响。发现:表面C会在ZnO膜中引起较大张应力,导致晶体质量衰退,但对薄膜光学带隙影响很小;C元素很容易与局域富N区域中的N原子结合形成C-N键,从而降低了N相关受主的浓度。因此,在晶界和表面处吸附的C杂质,很可能是导致难以实现高稳定p型N掺杂ZnO薄膜的重要原因之一。(4)基于第一性原理计算,研究了间隙锌(Zni)缺陷对p型ZnO:N薄膜导电稳定性的影响。研究发现:Zni缺陷容易处于八面体间隙位置,在室温环境下可“自由”迁移到NO-VZn复合体中的VZn位置,从而,破坏NO-VZn浅受主复合缺陷,降低ZnO:N的p型导电及稳定性。该项工作为深入理解Zni缺陷影响ZnO:N材料p型导电及其稳定性提供了理论依据。(5)结合实验和第一性原理计算,重点探讨了In-N共掺ZnO薄膜中杂质N的热稳定性和迁移行为,揭示了N相关缺陷的演化及与本征点缺陷VO的相互作用机理。研究发现:ZnO:In-N薄膜中N杂质的热稳定性较差,其局域化学状态强烈依赖于退火温度,存在两个明显的退火区间:在低温区(TA≤600℃)退火时,NO受主和分裂型间隙N(split-Ni)相互作用,形成(N2)O补偿性施主缺陷,使NO受主缺陷降低;而在高温区(TA>600℃)退火,薄膜表面附近产生的大量VO缺陷辅助了N杂质的向外迁移,从而,导致(N2)O施主的离解和局域N的缺失。In杂质有一定的提高N的热稳定性的作用,但作用远小于高温退火导致的杂质N的扩散和离解。(6)研究了Mg含量对In-Mg共掺ZnO薄膜结构、光学和电学等特性的影响。结果表明:In掺杂会诱导产生更多的Zni相关浅施主缺陷,提供额外的电子,导致n型ZnO薄膜的导电性能提高;而Mg的引入可部分抑制Zni相关浅施主缺陷浓度的产生,但Mg的掺入会降低IMZO薄膜晶体,使杂质散射增强、迁移率下降。本文从退火温度影响ZnO中本征缺陷出发,深入研究了N相关缺陷的热稳定性和演化过程,深入讨论了本征的Zni、VO及表面C污染对NO-VZn的影响规律,并发现Mg掺杂具有降低ZnO薄膜中Zni缺陷浓度的作用。这些工作为深入理解Zni、VO及表面C污染影响ZnO:N材料p型导电及其稳定性提供了理论依据,对未来探索和制备高质量的p型N掺杂ZnO材料具有重要的科学意义。但值得说明的是,如何改善N杂质的稳定性仍是实现高稳定和高质量p型ZnO半导体需要攻克的核心课题,需要进一步深入探索。
陈卫宾[8](2019)在《稀土金属元素掺杂ZnO薄膜制备与磁交换机制研究》文中研究表明稀磁半导体(Diluted Magnetic Semiconductors,DMSs),一般指掺入过渡金属元素或稀土金属元素而构成的一类新型半导体材料。氧化锌(ZnO)结晶态材料(薄膜、晶体等)是一种宽禁带半导体材料,具有优异的光学和电学性能,并可通过掺杂实现磁光和磁电特性。因此,ZnO基稀磁半导体材料一直是稀磁半导体研究领域的热点。在过去的十余年间,人们在过渡金属元素掺杂ZnO基稀磁半导体材料研究方面取得了重要进展,不仅获得了具有室温铁磁性的材料体系,而且对其磁性来源和铁磁耦合机理也有了深入的认识。但是,迄今为止,人们对稀土金属元素掺杂ZnO基稀磁半导体的磁性来源和铁磁耦合机理仍没有形成统一的定论,许多科学问题有待于更进一步的研究。本文从基于第一性原理计算的虚拟实验和采用等离子体增强物理气相沉积(ICP-PVD)技术制备稀土金属元素掺杂ZnO薄膜并对薄膜样品进行系统的性能检测表征为核心的实物实验两个方面开展了深入研究,取得了以下四个方面的研究成果:(1)采用第一性原理计算开展了ZnO和Er、Gd、Pm、Nd、Yb稀土金属元素掺杂ZnO结晶态材料体系化学组成、结构与其磁性能关系的虚拟实验,主要计算了上述元素掺杂ZnO结晶态材料体系的电子结构,发现稀土金属元素掺杂ZnO结晶态材料体系的铁磁性主要来源掺入ZnO晶格中的稀土金属离子的4f轨道电子自旋极化,Yb掺杂ZnO结晶态材料体系具有最小的磁矩,而Gd掺杂ZnO结晶态材料体系具有最大的磁矩。(2)采用ICP-PVD系统制备出不同Yb掺杂浓度的ZnO薄膜。采用XRD、AFM、SEM、UV-VIS-NIR、Hall效应测试和SQUID磁测量等技术方法对Yb掺杂ZnO薄膜进行了结构、结晶形貌、光学性能、电学性能和磁性能的检测。结果表明,所制得的Yb掺杂ZnO薄膜结晶质量良好;在可见光范围内,薄膜具有高于85%的透过率;不同Yb掺杂浓度的ZnO薄膜都具有室温铁磁性,当Yb掺杂浓度为1.5at%时,薄膜具有最强的铁磁性,饱和磁化强度达到0.47 emu/cm3。提高制备过程中O2分压值,可使Zn0.985Yb0.015O薄膜的饱和磁化强度减小;在H2气氛下对薄膜进行退火处理可使其饱和磁化强度增大,但在O2气氛下对薄膜进行退火处理可使其饱和磁化强度减小。对Zn0.985Yb0.015O薄膜进行质子辐照实验,结果表明,薄膜的饱和磁化强度随着辐照剂量呈现先变大、再变小的现象,当辐照剂量为6×1015 ions/cm3时,薄膜的饱和磁化强度达到最大值。系统检测表征结果证明,与VO缺陷相关的点缺陷对Yb掺杂ZnO薄膜的磁性能有着显着的影响。(3)采用ICP-PVD系统制备出不同Gd掺杂浓度的ZnO薄膜。采用XRD、AFM、SEM、TEM、UV-VIS-NIR、Hall效应测试、SQUID磁测量等技术方法对Gd掺杂ZnO薄膜进行了结构、结晶形貌、光学性能、电学性能和磁性能的测试。结果表明,所制得的Gd掺杂ZnO薄膜结晶质量良好;在可见光范围内,薄膜具有高于80%的透过率;不同Gd掺杂浓度的ZnO薄膜都具有室温铁磁性。对于Zn0.98Gd0.02O薄膜,其导电特性随着制备过程中O2分压的增大而迅速降低,铁磁性也随着制备过程中O2分压的增大逐渐变弱。在不同气氛下对Zn0.98Gd0.02O薄膜进行不同温度退火处理的实验结果表明,经O2气氛下退火处理后,Zn0.98Gd0.02O薄膜的铁磁性随着退火温度的升高而逐渐减弱,当退火温度为850℃时,薄膜的铁磁性完全消失;经H2气氛下退火处理后,薄膜的铁磁性随着退火温度的升高而逐渐增强,退火温度越高,薄膜的铁磁性越强。上述系统检测表征结果表明,与VO缺陷相关的点缺陷对Gd掺杂ZnO薄膜的磁性能同样有着显着的影响(4)采用第一性原理计算工具VASP计算了不同荷电量的VO、VZn和Zni缺陷对体系铁磁稳定性的影响,结果表明只有单电离的VO缺陷会增强稀土金属离子之间的铁磁耦合交换,其它类型的点缺陷对体系的铁磁耦合交换不产生明显的作用。通过电子顺磁共振谱、X射线光电子能谱和光致发光谱等检测进一步证实了,对于稀土金属元素掺杂ZnO薄膜,VO缺陷可以调节其铁磁耦合。根据系统的虚拟实验和实物实验的结果,作者提出了稀土金属元素掺杂ZnO结晶态材料体系的铁磁交换模型,其核心思想是这类材料体系的铁磁性来源于束缚在VO缺陷周围的局域电子与稀土金属离子的4f轨道电子之间的铁磁耦合作用。
李倩,张玉琛,王正铎,杨丽珍,张海宝,刘忠伟,陈强[9](2019)在《N2流量对HiPIMS制备Al-N共掺杂ZnO薄膜的性能影响》文中认为采用高功率脉冲反应磁控溅射(HiPIMS)在玻璃基底上沉积Al-N共掺氧化锌(ZnO)薄膜,研究氮气(N2)流量对Al-N共掺杂ZnO薄膜的晶体结构、表面形貌和电学性质的影响。测量结果表明,N2流量对掺杂的ZnO薄膜电导率类型转变和光电性能有很大影响:当N2流量为8 mL/min时,掺杂ZnO薄膜在可见光波段透过率大于85%,薄膜导电类型为n型;随着N2流量的增加,薄膜经历n-p-n型的转变过程。当N2流量为20 mL/min时,掺杂的ZnO结晶性最好,晶体缺陷少、XRD衍射峰半峰宽(FWHM)最小、表面粗糙度也低,为p-ZnO。薄膜电学性能测量显示:载流子浓度、迁移率、电阻率分别为5.47×1017cm-3、2.7 cm2/Vs、4.51Ωcm。
郭松波[10](2019)在《MgZnO/ZnO双层结构及其TFT器件的制备研究》文中提出薄膜晶体管(TFT)已经被广泛应用于有源矩阵显示和大面积传感器阵列等领域,ZnO基薄膜晶体管具有高光学透过率、生长温度低、击穿电压高、电子迁移率高等优点,可满足大面积高分辨率的显示屏要求。迁移率对于ZnO基薄膜晶体管的应用是很重要的一个因素,然而对于多晶的ZnO基TFT,由于晶界散射,存在迁移率低的问题。本文旨在通过对有源层和其结构的优化,利用ZnO和MgZnO各自的优势,设计了MgZnO/ZnO双层的结构,改善和提高ZnO基TFT器件的迁移率等性能。其主要研究内容和结果如下:(1)MgZnO薄膜制备工艺研究采用溶液法制备了不同退火温度MgZnO薄膜,500℃条件下制备的薄膜样品已结晶,表面的晶粒分布均匀,缺陷发光峰也较弱,并且XPS测试也显示在500℃退火后的薄膜,Mg的2p峰比较强,因此500℃制备的薄膜整体质量较好。同时,制备了不同Mg含量的MgZnO薄膜,发现溶液法掺杂Mg也有一定的限度,当溶液中Mg的含量较高时,薄膜的结晶性急剧下降,表明并不是前驱体溶液中的Mg都能掺杂进入ZnO晶格中。(2)MgZnO-TFT器件制备及性能研究选择溶液法在450℃/500℃/550℃退火条件下,制备了Mg0.2Zn0.8O薄膜作为有源层,采用电阻式热蒸发技术蒸镀金属Al作为源漏电极,在p型Si衬底上制备了底栅顶接触型的TFT器件,结果表明500℃条件下器件的整体性能较好,但其迁移率太低,开关比仅有1.4×103。开展了旋涂工艺对器件性能优化的研究,发现利用低浓度旋涂多次可以提高薄膜的均匀性和致密性,但多层数由于界面的影响,器件的性能反而下降,发现在旋涂2层时制备的Mg0.2Zn0.8O-TFT性能较好,迁移率达到了0.03 cm2V-1s-1,比单层的迁移率提升了10倍,器件的开关比也提升了一个数量级,达到了1.1×104。由于溶液法制备的薄膜致密性比较差,故薄膜的迁移率比较低,与文献(0.1 cm2V-1s-1)结果类似。(3)ZnO薄膜的PLD法制备及器件性能研究利用PLD法制备了ZnO薄膜,研究了氧气压强对ZnO薄膜电学性能的影响。结果表明随着氧压的增加,薄膜中受主类型缺陷氧间隙(Oi)增多,导致ZnO薄膜中的载流子浓度不断减小。在制备的ZnO-TFT器件中,发现器件的迁移率普遍比MgZnO高,但开关比较低;随着氧压的增加,器件的开关比有所增加,在6 Pa条件下的ZnO-TFT器件整体性能较好,迁移率达到了4.42 cm2V-1s-1,阈值电压Vth为3.7 V,亚阈值摆幅为8.7V/Dec,开关比为7.5×103。但是,我们制备的ZnO-TFT与同行相比有一定的差距。(4)MgZnO/ZnO双层结构TFT器件制备及性能研究分别利用PLD法制备ZnO、溶液法制备MgZnO薄膜,设计了MgZnO/ZnO双层结构。探讨了有源层厚度和制备工艺对双有源层Mg0.2Zn0.8O/ZnO-TFT器件的影响,结果发现Mg0.2Zn0.8O的退火温度在550℃条件下、使用低浓度旋涂一次工艺,薄膜中的孔隙较低、界面性能较好,有利于制备高性能器件;而ZnO薄膜适当的厚度可以有效弛豫晶格失配,降低双有源层TFT的关态电流,提高开关比。在ZnO厚度为46.5 nm时,制备的双有源层器件的整体性能较好,迁移率为1.10 cm2V-1s-1,阈值电压Vth为9.1 V,亚阈值摆幅为3.4 V/Dec,开关比提高到2.2×105。(5)MgZnO/ZnO-TFT器件制备工艺改进及性能研究采用光刻的工艺制备了双有源层的MgZnO/ZnO-TFT器件,相对于金属掩模版制备的器件,由于隔离有源层,减小了器件的沟道宽长比,有效地降低器件的泄漏电流,并避免了不同器件之间的寄生效应影响,极大的提升了迁移率;其中获得最佳的器件性能为,迁移率达到了2.11×101 cm2V-1s-1,开关比提升了3个数量级,达到了1.5×108,亚阈值摆幅降到9.9×10-1 V/Dec。与同行结果相比,我们制备出的双有源层MgZnO/ZnO-TFT器件的整体性能较好,器件的开关比接近文献报道的水平(108),同时器件的迁移率也有2.11×101 cm2V-1s-1。文献报道的双层MgZnO/ZnO-TFT器件:一方面,迁移率高的同时,开关比比较低(2.40×102 cm2V-1s-1、102);另一方面,迁移率较低,但开关比很高(7.56 cm2V-1s-1、108)。对比发现,我们的结果在器件的开关比比较高的同时,也相应的提高了MgZnO/ZnO-TFT器件的迁移率,对于双层器件的研究有一定的推动意义。
二、ZnO薄膜的XPS研究(论文开题报告)
(1)论文研究背景及目的
此处内容要求:
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景,再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题,并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例:
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
(2)本文研究方法
调查法:该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法:用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法:通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法:通过调查文献来获得资料,从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法:依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法:对研究对象进行“质”的方面的研究,这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法:通过具体的数字,使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法:运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法:这是社会科学用来分析社会现象的一种方法,从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法:通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、ZnO薄膜的XPS研究(论文提纲范文)
(1)离子注入极性氧化锌薄膜的光电性质研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
1.绪论 |
1.1 极性ZnO材料概述 |
1.1.1 极性ZnO薄膜的晶体结构 |
1.1.2 极性ZnO薄膜的光电性质 |
1.1.3 极性ZnO薄膜的应用 |
1.2 极性ZnO薄膜的制备方法 |
1.2.1 分子束外延法 |
1.2.2 化学气相沉积法 |
1.2.3 脉冲激光沉积 |
1.3 极性ZnO的掺杂方法 |
1.3.1 高温扩散 |
1.3.2 离子注入 |
1.4 极性ZnO薄膜光电性质研究进展 |
1.5 论文的立题基础及主要内容 |
1.5.1 论文的立题基础 |
1.5.2 论文主要内容 |
2.薄膜制备及表征方法 |
2.1 极性ZnO薄膜的制备 |
2.2 离子注入法 |
2.3 主要表征方法 |
2.3.1 X射线衍射谱 |
2.3.2 X射线光电子能谱 |
2.3.3 原子力显微镜 |
2.3.4 光致发光 |
2.3.5 吸收光谱 |
2.4 椭偏光谱 |
2.4.1 椭偏测量的发展历史及应用 |
2.4.2 椭偏测量的基本原理 |
2.4.3 数据建模及分析过程 |
2.4.4 椭偏数据的分析方法 |
2.5 本章总结 |
3.Kr离子注入不同极性ZnO薄膜的性能研究 |
3.1 引言 |
3.2 Kr离子注入极性ZnO薄膜组分分析 |
3.3 Kr离子注入不同极性ZnO薄膜结构、形貌分析 |
3.3.1 薄膜结构分析 |
3.3.2 薄膜表面形态分析 |
3.4 Kr离子注入不同极性ZnO薄膜光学性能的分析 |
3.4.1 薄膜发光光谱分析 |
3.4.2 薄膜吸收光谱分析 |
3.5 Kr离子注入不同极性ZnO薄膜的椭偏光谱分析 |
3.5.1 蓝宝石衬底的椭偏光谱表征 |
3.5.2 Kr离子注入不同极性ZnO薄膜的椭偏光谱表征 |
3.6 本章总结 |
4.Co离子注入极性ZnO薄膜的光电性能研究 |
4.1 引言 |
4.2 Co离子注入极性ZnO薄膜结构分析 |
4.3 Co离子注入不同极性ZnO薄膜椭偏光谱分析 |
4.4 本章总结 |
5.结论与展望 |
参考文献 |
致谢 |
硕士期间的学术成果与获得的奖励 |
学位论文评阅及答辩情况表 |
(2)激光辅助化学溶液法制备金属氧化物薄膜(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第1章 绪论 |
1.1 引言 |
1.2 激光辅助化学溶液法简介 |
1.2.1 激光辅助化学溶液法流程 |
1.2.2 典型激光器种类 |
1.3 激光与材料的相互作用 |
1.3.1 激光的光热效应 |
1.3.2 激光的光化学作用 |
1.4 激光退火的影响因素 |
1.4.1 激光参数 |
1.4.2 材料性质 |
1.4.3 外界条件 |
1.5 激光辅助化学溶液法制备金属氧化物薄膜研究进展 |
1.5.1 激光退火制备介电、铁电和压电薄膜 |
1.5.2 激光退火制备透明导电薄膜 |
1.5.3 激光退火制备薄膜太阳能电池 |
1.5.4 激光退火制备柔性热敏电阻 |
1.6 本论文的选题意义及研究内容 |
参考文献 |
第2章 激光辅助化学溶液法制备多孔Fe_3O_4薄膜 |
2.1 引言 |
2.2 薄膜制备与表征 |
2.2.1 多孔Fe_3O_4薄膜的制备 |
2.2.2 多孔Fe_3O_4薄膜的形貌与结构表征 |
2.2.3 多孔Fe_3O_4薄膜的电化学性能测试 |
2.3 实验结果讨论 |
2.3.1 多孔Fe_3O_4薄膜的微结构及表面形貌表征结果讨论 |
2.3.2 多孔Fe_3O_4薄膜的电化学性能结果与分析 |
2.4 本章小结 |
参考文献 |
第3章 激光辅助化学溶液法制备W:In_2O_3薄膜 |
3.1 引言 |
3.2 薄膜制备与表征 |
3.2.1 W掺杂的In_2O_3薄膜的制备 |
3.2.2 W掺杂的In_2O_3薄膜结构与性能表征 |
3.3 实验结果讨论 |
3.3.1 化学溶液法制备W掺杂In_2O_3薄膜的结构表征与物性分析 |
3.3.2 激光退火制备0.5at%W掺杂In_2O_3薄膜的微结构与性能表征 |
3.4 本章小结 |
参考文献 |
第4章 激光辅助化学溶液法制备Ga:ZnO薄膜 |
4.1 引言 |
4.2 薄膜制备与表征 |
4.2.1 Ga掺杂的ZnO薄膜的制备 |
4.2.2 Ga掺杂的ZnO薄膜的结构与性能表征 |
4.3 实验结果讨论 |
4.3.1 Ga掺杂的ZnO薄膜的结构及表面形貌结果分析 |
4.3.2 Ga掺杂的ZnO薄膜的电输运和光学结果分析 |
4.4 本章小结 |
参考文献 |
第5章 激光辅助化学溶液法制备La_(0.7)Sr_(0.3)MnO_3外延薄膜 |
5.1 引言 |
5.2 薄膜制备与表征 |
5.2.1 La_(0.7)Sr_(0.3)MnO_3外延薄膜的制备 |
5.2.2 La_(0.7)Sr_(0.3)MnO_3外延薄膜的微结构与性能表征 |
5.3 实验结果讨论 |
5.3.1 La_(0.7)Sr_(0.3)MnO_3薄膜的微结构及表面形貌表征结果分析 |
5.3.2 La_(0.7)Sr_(0.3)MnO_3外延薄膜电磁性能分析 |
5.4 本章小结 |
参考文献 |
第6章 总结与展望 |
致谢 |
在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果 |
(3)通过空间原子层沉积制备的高透明度和高致密性的氧化锌薄膜(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第一章 绪论 |
1.1 课题背景及研究的意义和目的 |
1.2 氧化锌(ZnO)概述 |
1.2.1 ZnO的基本性质 |
1.2.2 ZnO的缺陷 |
1.3 原子层沉积(ALD)概述 |
1.3.1 技术原理 |
1.3.2 sALD的优势 |
1.4 ZnO薄膜的国内外研究现状 |
1.5 本文的主要研究内容 |
第二章 在不同衬底温度下利用空间ALD技术制备ZnO薄膜性能的研究 |
2.1 引言 |
2.2 实验部分 |
2.2.1 沉积原理 |
2.2.2 表征方法及对应仪器 |
2.3 结果与讨论 |
2.3.1 不同衬底温度下对ZnO薄膜沉积速率的影响 |
2.3.2 不同衬底温度下ZnO薄膜的光学性能 |
2.3.3 不同衬底温度下ZnO薄膜的电学性能 |
2.3.4 不同衬底温度下ZnO薄膜的结晶性能表征 |
2.3.5 不同衬底温度下ZnO薄膜的形貌表征 |
2.3.6 不同衬底温度下ZnO薄膜的绕曲测试 |
2.4 本章小结 |
第三章 大气环境下退火对空间ALD技术制备的ZnO薄膜的影响 |
3.1 引言 |
3.2 实验部分 |
3.3 结果与讨论 |
3.3.1 大气环境中退火对ZnO薄膜厚度的影响 |
3.3.2 大气环境中退火对ZnO薄膜光学性能的影响 |
3.3.3 大气环境中退火后ZnO薄膜的结晶性能表征 |
3.3.4 大气环境中退火后ZnO薄膜的XPS |
3.3.5 大气环境中退火后ZnO薄膜的形貌表征 |
3.3.6 大气环境中退火对ZnO薄膜电学性能的影响 |
3.4 本章小结 |
第四章 氧气环境下退火对空间ALD技术制备的ZnO薄膜的影响 |
4.1 引言 |
4.2 实验部分 |
4.3 结果与讨论 |
4.3.1 氧气环境中退火对ZnO薄膜厚度的影响 |
4.3.2 氧气环境中退火后ZnO薄膜的XPS |
4.3.3 氧气环境中退火对ZnO薄膜光学性能的影响 |
4.3.4 氧气环境中退火后ZnO薄膜的结晶性能表征 |
4.3.5 氧气环境中退火后ZnO薄膜的形貌表征 |
4.3.6 氧气环境中退火对ZnO薄膜电学性能的影响 |
4.4 本章小结 |
第五章 总结 |
参考文献 |
致谢 |
个人简历及在校期间研究成果 |
(4)不同元素掺杂ZnO薄膜的水热制备及光催化性能研究(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
第1章 绪论 |
1.1 引言 |
1.2 ZnO纳米材料的概述 |
1.2.1 ZnO纳米材料的晶体结构 |
1.2.2 ZnO纳米材料的基本性质 |
1.3 ZnO纳米材料的制备方法 |
1.3.1 磁控溅射法 |
1.3.2 溶胶凝胶法 |
1.3.3 原子层沉积法 |
1.3.4 喷雾热解法 |
1.3.5 电化学沉积法 |
1.3.6 喷墨打印法 |
1.3.7 水热法 |
1.4 ZnO纳米材料的应用 |
1.4.1 太阳能电池 |
1.4.2 超级电容器 |
1.4.3 柔性压电纳米发电机 |
1.4.4 探测器 |
1.4.5 传感器 |
1.4.6 光电二极管 |
1.4.7 光催化剂 |
1.5 光催化技术的简述 |
1.6 ZnO在光催化领域的国内外研究现状 |
1.7 本课题的选题意义及主要研究内容 |
第2章 ZnO薄膜的水热制备与表征方法 |
2.1 技术路线 |
2.2 实验原料及主要设备 |
2.2.1 实验所需原料 |
2.2.2 实验所需仪器及设备 |
2.3 掺杂ZnO/柔性衬底复合结构的实验室制备 |
2.3.1 GPET或PET-ITO柔性衬底上溅射ZnO籽晶层 |
2.3.2 掺杂ZnO/柔性衬底复合结构的水热生长 |
2.4 掺杂ZnO/柔性衬底复合结构的表征与性能测试技术 |
2.4.1 X-射线衍射(XRD) |
2.4.2 扫描电子显微镜(SEM) |
2.4.3 X-射线光电子能谱(XPS) |
2.4.4 光致发光光谱分析(PL) |
2.5 光催化测试原理和方法 |
2.5.1 光催化测试原理 |
2.5.2 光催化测试体系 |
第3章 基于不同衬底的B-ZnO薄膜的制备及光催化性能分析 |
3.1 B掺杂ZnO薄膜的水热制备 |
3.2 衬底对B-ZnO薄膜微观形貌的影响 |
3.3 B-ZnO/GPET薄膜的表征及分析 |
3.3.1 表面形貌分析 |
3.3.2 晶体结构分析 |
3.3.3 生长机制分析 |
3.3.4 表面成分和元素价态分析 |
3.4 B-ZnO薄膜的光催化性能 |
3.4.1 基于不同基底生长的B-ZnO对MB的光催化活性 |
3.4.2 B掺杂对B-ZnO光催化活性的影响 |
3.5 本章小结 |
第4章 不同金属掺杂ZnO/GPET薄膜的制备及光催化性能研究 |
4.1 不同金属掺杂ZnO/GPET纳米薄膜的实验室制备 |
4.2 不同金属掺杂ZnO/GPET纳米薄膜的基础表征 |
4.2.1 GPET基底上生长不同金属掺杂的ZnO薄膜的形貌分析 |
4.2.2 PET-ITO基底上生长不同金属掺杂的ZnO薄膜的形貌分析 |
4.2.3 GPET基底上生长不同金属掺杂的ZnO薄膜的晶体结构分析 |
4.2.4 Fe、Ni和Cu单掺杂ZnO/GPET纳米薄膜的表面成分和元素价态分析 |
4.3 不同金属掺杂对ZnO/ GPET薄膜性能的影响 |
4.3.1 光致发光研究 |
4.3.2 光催化性能研究 |
4.4 M-ZnO/GPET纳米薄膜的光降解机理研究 |
4.5 本章小结 |
第5章 Cu-ZnO/GPET薄膜的制备及光催化性能研究 |
5.1 Cu-ZnO/GPET薄膜的水热制备 |
5.2 Cu-ZnO/GPET薄膜的微观形貌分析 |
5.3 Cu-ZnO/GPET薄膜的晶体结构分析 |
5.4 Cu-ZnO/GPET薄膜光催化特性的影响 |
5.5 本章小结 |
结论与展望 |
参考文献 |
攻读硕士学位期间取得的科研成果 |
致谢 |
(5)基于Li掺杂ZnO薄膜阻变存储器的特性研究(论文提纲范文)
中文摘要 |
Abstract |
第1章 绪论 |
1.1 论文研究目的与意义 |
1.1.1 论文研究目的 |
1.1.2 论文研究意义 |
1.2 阻变存储器国内外研究现状 |
1.2.1 阻变存储器的发展历程 |
1.2.2 阻变存储器的材料体系 |
1.2.3 ZnO薄膜阻变存储器研究进展 |
1.3 论文主要研究内容 |
第2章 阻变存储器的基本原理与阻变机制 |
2.1 阻变存储器基本原理与电阻转变特性 |
2.1.1 阻变存储器基本原理 |
2.1.2 阻变存储器电阻转变特性 |
2.2 阻变存储器的阻变机制 |
2.2.1 电化学金属化机制 |
2.2.2 价态转变机制 |
2.2.3 纯电子机制 |
2.2.4 热化学机制 |
2.3 本章小结 |
第3章 Li掺杂ZnO薄膜制备与表征 |
3.1 磁控溅射方法 |
3.2 Li掺杂ZnO靶材和薄膜制备 |
3.2.1 Li掺杂ZnO靶材制备 |
3.2.2 Li掺杂ZnO薄膜制备 |
3.3 Li掺杂ZnO薄膜表征 |
3.3.1 X射线光电子能谱分析 |
3.3.2 X射线衍射分析 |
3.3.3 扫描电子显微镜分析 |
3.4 Li掺杂ZnO薄膜电学特性分析 |
3.4.1 Li掺杂对薄膜电阻的影响 |
3.4.2 Li掺杂对薄膜电流-电压特性的影响 |
3.5 本章小结 |
第4章 Li掺杂ZnO薄膜阻变存储器基本结构与制备 |
4.1 Li掺杂ZnO薄膜阻变存储器基本结构 |
4.2 Li掺杂ZnO薄膜阻变存储器制备工艺 |
4.3 本章小结 |
第5章 Li掺杂ZnO薄膜阻变存储器特性 |
5.1 阻变存储器特性测试系统搭建 |
5.2 阻变层厚度对阻变存储器特性的影响 |
5.2.1 纯ZnO薄膜阻变存储器的开关特性 |
5.2.2 5%Li掺杂ZnO薄膜阻变存储器的开关特性 |
5.2.3 8%Li掺杂ZnO薄膜阻变存储器的开关特性 |
5.2.4 10%Li掺杂ZnO薄膜阻变存储器的开关特性 |
5.3 Li掺杂浓度对阻变存储器特性的影响 |
5.3.1 不同Li掺杂ZnO薄膜阻变层厚度测试 |
5.3.2 不同Li掺杂ZnO薄膜阻变存储器的开关特性 |
5.3.3 阻变参数的均一性 |
5.4 Li掺杂ZnO薄膜阻变存储器在脉冲电压下的特性 |
5.4.1 脉冲电压下的开关特性 |
5.4.2 电阻转变速度 |
5.4.3 数据保持性 |
5.4.4 耐久性 |
5.5 阻变机理分析 |
5.6 本章小结 |
结论 |
参考文献 |
致谢 |
攻读学位期间发表论文 |
攻读学位期间申请专利 |
攻读学位期间参与科研项目 |
(6)高功率脉冲磁控溅射沉积Al-N共掺ZnO薄膜的研究(论文提纲范文)
致谢 |
摘要 |
Abstract |
1 引言 |
1.1 ZnO的基本性质 |
1.2 ZnO薄膜中的缺陷类型 |
1.3 p-ZnO掺杂 |
1.3.1 单掺杂 |
1.3.2 共掺杂 |
1.3.2.1 受主-施主共掺杂 |
1.3.2.2 双受主共掺杂 |
1.3.2.3 受主-氢共掺杂 |
1.3.2.4 受主等价共掺杂 |
1.4 ZnO的应用 |
1.4.1 气体传感器 |
1.4.2 太阳能电池 |
1.4.3 紫外探测器 |
1.4.4 发光二极管(LED) |
1.4.5 薄膜晶体管(FTFs) |
1.5 ZnO的制备方法 |
1.5.1 化学气相沉积 |
1.5.2 喷雾热解技术 |
1.5.3 水热法 |
1.5.4 分子束外延 |
1.5.5 原子层沉积 |
1.5.6 溶胶-凝胶法 |
1.5.7 磁控溅射 |
1.6 高功率脉冲磁控溅射(HiPIMS)技术 |
1.7 本文立题依据及研究内容 |
1.7.1 立题依据 |
1.7.2 研究内容 |
2 ZnO薄膜的制备方法、条件和性能检测技术 |
2.1 ZnO薄膜的制备方法和条件 |
2.1.1 实验材料及处理 |
2.1.2 实验装置及工艺流程 |
2.2 ZnO薄膜的性能检测技术 |
2.2.1 X射线衍射(XRD)技术 |
2.2.2 拉曼光谱(Raman) |
2.2.3 原子力显微镜(AFM) |
2.2.4 X射线光电子能谱(XPS) |
2.2.5 紫外-可见吸收光谱(UV-Vis) |
2.2.6 霍尔效应测量(Hall Effect) |
2.2.7 塞贝克效应(Seeback effect) |
2.2.8 表面轮廓仪 |
3 等离子参数测量及其特性 |
3.1 等离子体参数测量方法和设备 |
3.2 粒子浓度和种类 |
3.3 N~+/N_2~+ |
4 p-ZnO薄膜的工艺参数影响及性能测试 |
4.1 氮气流量 |
4.2 温度 |
4.3 工作气压 |
4.4 脉冲宽度 |
5 结论与展望 |
5.1 本文主要研究成果与结论 |
5.2 创新点 |
5.3 工作展望 |
参考文献 |
作者攻读学位期间取得的研究成果 |
一、 发表论文 |
二、 参加项目/会议 |
三、 获奖情况 |
(7)氮掺杂ZnO薄膜的缺陷调控与光电特性研究(论文提纲范文)
中文摘要 |
英文摘要 |
1 绪论 |
1.1 引言 |
1.2 ZnO材料的基本物理性质 |
1.2.1 ZnO的晶体结构 |
1.2.2 ZnO的能带结构 |
1.2.3 ZnO的物理与化学性质 |
1.3 ZnO的本征缺陷与掺杂研究现状 |
1.3.1 ZnO本征缺陷的研究现状 |
1.3.2 n型掺杂ZnO的研究现状 |
1.3.3 p型掺杂ZnO的研究现状 |
1.3.4 ZnO紫外发光器件的研究现状 |
1.4 ZnO材料研究中存在的物理问题 |
1.4.1 未掺杂ZnO的n型导电起源 |
1.4.2 ZnO的d0室温铁磁来源争议 |
1.4.3 ZnO的p型导电机制 |
1.4.4 ZnO的p型导电稳定性问题 |
1.5 选题依据与研究内容 |
1.6 本论文的章节安排 |
2 实验方法与原理介绍 |
2.1 磁控溅射原理 |
2.2 离子注入技术 |
2.3 后热处理工艺 |
2.4 主要检测手段 |
2.2.1 X射线衍射(XRD) |
2.2.2 霍尔效应测试(Hall) |
2.2.3 拉曼光谱(Raman) |
2.2.4 光致发光谱(PL) |
2.2.5 X射线光电子能谱(XPS) |
2.2.6 其它表征手段 |
3 热处理对ZnO单晶中氧空位及光电磁特性的影响 |
3.1 引言 |
3.2 实验细节 |
3.3 退火温度对ZnO单晶中氧空位的影响 |
3.4 退火温度对ZnO单晶室温铁磁特性的影响 |
3.5 退火温度对ZnO单晶光电特性的影响 |
3.6 本章小结 |
4 N掺杂ZnO薄膜中缺陷调控及p型导电机制研究 |
4.1 引言 |
4.2 N掺杂ZnO薄膜的制备及p型导电的实现 |
4.2.1 样品制备 |
4.2.2 退火温度对ZnO:N薄膜结构与光电特性的影响 |
4.2.3 ZnO:N薄膜的p型导电机理的讨论 |
4.3 表面C对N掺杂ZnO薄膜受主缺陷的影响 |
4.3.1 样品制备 |
4.3.2 表面C对ZnO:N薄膜结构特性的影响 |
4.3.3 表面C对ZnO:N薄膜光电学特性的影响 |
4.3.4 表面C对ZnO:N薄膜元素化学态的影响 |
4.4 间隙锌缺陷对N掺杂ZnO体系中受主缺陷的影响 |
4.4.1 计算参数 |
4.4.2 间隙锌缺陷在ZnO体系中的存在形式 |
4.4.3 间隙锌缺陷迁移行为对受主缺陷的影响 |
4.5 本章小结 |
5 In-N共掺ZnO薄膜中杂质N的缺陷热演化与迁移 |
5.1 引言 |
5.2 In-N共掺ZnO薄膜p型导电研究的前期结果 |
5.3 In-N共掺ZnO薄膜中N杂质的迁移行为 |
5.3.1 样品制备与计算参数 |
5.3.2 退火温度对ZnO:In-N薄膜结构特性的影响 |
5.3.3 退火温度对ZnO:In-N薄膜元素化学态的影响 |
5.3.4 退火温度对ZnO:In-N薄膜中N杂质随深度分布的影响 |
5.3.5 ZnO:In-N薄膜中N杂质的热扩散行为研究 |
5.4 本章小结 |
6 In-Mg共掺ZnO薄膜中间隙锌缺陷的调控及光电特性研究 |
6.1 引言 |
6.2 样品制备 |
6.3 Mg浓度对ZnO:In-Mg薄膜元素化学态和结构特性的影响 |
6.4 Mg浓度对ZnO:In-Mg薄膜光致发光谱的影响 |
6.5 Mg浓度对ZnO:In-Mg薄膜电学特性的影响 |
6.6 Mg浓度对ZnO:In-Mg薄膜光学特性的影响 |
6.7 本章小结 |
7 总结与展望 |
7.1 主要结论 |
7.2 本文的创新点 |
7.3 后续工作与展望 |
参考文献 |
附录 |
A.作者在攻读学位期间发表的论文目录 |
B.作者在攻读学位期间参加的科研项目 |
C.学位论文数据集 |
致谢 |
(8)稀土金属元素掺杂ZnO薄膜制备与磁交换机制研究(论文提纲范文)
致谢 |
摘要 |
Abstract |
第一章 绪论 |
1.1 稀磁半导体简介 |
1.1.1 自旋电子学 |
1.1.2 稀磁半导体材料的性质 |
1.2 稀磁半导体研究历程 |
1.3 氧化锌材料性质 |
1.4 氧化锌基稀磁半导体 |
1.4.1 过渡金属元素掺杂ZnO体系 |
1.4.2 非磁性离子掺杂ZnO体系 |
1.4.3 稀土金属元素掺杂ZnO体系 |
1.5 稀磁半导体磁交换机制 |
1.5.1 直接交换作用模型 |
1.5.2 间接交换作用模型 |
1.5.3 双交换作用模型 |
1.5.4 RKKY相互作用模型 |
1.5.5 平均场理论模型 |
1.5.6 束缚磁极子模型 |
1.6 本章小节 |
第二章 稀土金属离子掺杂ZnO DMSs虚拟实验 |
2.1 材料制备虚拟实验 |
2.2 第一性原理计算方法简介 |
2.2.1 密度泛函理论 |
2.2.2 交换关联泛函 |
2.2.3 赝势 |
2.2.4 计算软件介绍 |
2.3 本征ZnO晶体的虚拟实验 |
2.3.1 计算细节 |
2.3.2 结果与讨论 |
2.4 Er离子掺杂ZnO晶体铁磁性的虚拟实验 |
2.4.1 计算细节 |
2.4.2 结果与讨论 |
2.5 Gd离子掺杂ZnO晶体铁磁性的虚拟实验 |
2.5.1 计算细节 |
2.5.2 结果与讨论 |
2.6 Pm离子掺杂ZnO晶体铁磁性的虚拟实验 |
2.6.1 计算细节 |
2.6.2 结果与讨论 |
2.7 Nd离子掺杂ZnO晶体铁磁性的虚拟实验 |
2.7.1 计算细节 |
2.7.2 结果与讨论 |
2.8 Yb离子掺杂ZnO晶体铁磁性的虚拟实验 |
2.8.1 计算细节 |
2.8.2 结果与讨论 |
2.9 本章小结 |
第三章 Yb掺杂ZnO薄膜制备与性能研究 |
3.1 Yb掺杂ZnO薄膜制备实验 |
3.1.1 电感耦合等离子体增强物理气相沉积系统 |
3.1.2 Yb掺杂ZnO薄膜制备用靶材的制取与性能检测 |
3.1.3 薄膜制备工艺参数的优化 |
3.2 不同Yb掺杂浓度ZnO薄膜性能检测表征 |
3.2.1 不同Yb掺杂浓度ZnO薄膜的结构 |
3.2.2 不同Yb掺杂浓度ZnO薄膜的结晶形貌 |
3.2.3 不同Yb掺杂浓度ZnO薄膜的光学性能 |
3.2.4 不同Yb掺杂浓度ZnO薄膜的磁性能 |
3.2.5 不同Yb掺杂浓度ZnO薄膜的电学特性 |
3.3 VO对Yb掺杂ZnO薄膜性能的影响 |
3.3.1 不同O_2分压下制得的Yb掺杂ZnO薄膜的磁性能 |
3.3.2 退火处理对Yb掺杂ZnO薄膜磁性能的影响 |
3.4 粒子辐照对Yb掺杂ZnO薄膜的结构与性能的影响 |
3.4.1 粒子辐照基本原理 |
3.4.2 粒子辐照实验 |
3.4.3 粒子辐照对Yb掺杂ZnO薄膜结构和性能的影响 |
3.5 本章小结 |
第四章 Gd掺杂ZnO薄膜制备与性能研究 |
4.1 不同Gd掺杂浓度ZnO薄膜制备与表征 |
4.1.1 不同Gd掺杂浓度ZnO薄膜的制备工艺 |
4.1.2 不同Gd掺杂浓度ZnO薄膜的结构 |
4.1.3 不同Gd掺杂浓度ZnO薄膜的结晶形貌 |
4.1.4 不同Gd掺杂浓度ZnO薄膜性能检测表征 |
4.2 O_2分压对Gd掺杂ZnO薄膜结构与性能的影响 |
4.2.1 不同O_2分压下Gd掺杂ZnO薄膜的制备 |
4.2.2 不同O_2分压下制得的Zn_(0.98)Gd_(0.02)O薄膜样品的结构 |
4.2.3 不同O_2分压下制得的Gd掺杂ZnO薄膜的性能检测表征 |
4.3 退火对Gd掺杂ZnO薄膜性能的影响 |
4.3.1 O_2气氛下退火处理对Gd掺杂ZnO薄膜磁性能的影响 |
4.3.2 H_2气氛下退火处理对Gd掺杂ZnO薄膜磁性能的影响 |
4.4 本章小结 |
第五章 稀土金属元素掺杂ZnO薄膜磁交换机制 |
5.1 点缺陷对稀土金属元素掺杂ZnO薄膜磁性能的影响 |
5.1.1 点缺陷对Yb掺杂ZnO薄膜磁性能的影响 |
5.1.2 点缺陷对Gd掺杂ZnO薄膜磁性能的影响 |
5.2 稀土金属元素掺杂ZnO薄膜磁交换模型 |
5.3 本章小结 |
第六章 结论与展望 |
6.1 结论 |
6.2 展望 |
参考文献 |
作者简介 |
攻读博士学位期间发表论文和申请专利情况 |
(9)N2流量对HiPIMS制备Al-N共掺杂ZnO薄膜的性能影响(论文提纲范文)
0 引言 |
1 实验方法和手段 |
2 结果与讨论 |
2.1 薄膜的晶型结构 |
2.2 薄膜的成分 |
2.3 薄膜的表面形貌 |
2.4 薄膜光电性能 |
2.4.1 电学性能 |
2.4.2 光学性能 |
3 结论 |
(10)MgZnO/ZnO双层结构及其TFT器件的制备研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1章 绪论 |
1.1 引言 |
1.2 薄膜晶体管简介 |
1.2.1 薄膜晶体管的主要结构 |
1.2.2 薄膜晶体管的基本原理 |
1.2.3 薄膜晶体管的主要性能参数 |
1.3 薄膜晶体管的发展过程 |
1.4 ZnO基薄膜的研究现状 |
1.5 本论文的选题依据和研究内容 |
1.5.1 论文选题依据 |
1.5.2 论文的主要研究内容 |
第2章 样品的制备及表征方法 |
2.1 薄膜样品的制备技术 |
2.1.1 溶液法制备薄膜简介 |
2.1.2 脉冲激光沉积(PLD)制备薄膜简介 |
2.1.3 电阻式蒸发镀膜技术 |
2.1.4 薄膜的退火工艺 |
2.2 薄膜的表征测试方法及TFT器件性能的测试方法 |
2.2.1 表面轮廓扫描仪(台阶仪) |
2.2.2 X射线衍射仪(XRD) |
2.2.3 光致发光(PL) |
2.2.4 紫外-可见分光光度计(UV-Vis) |
2.2.5 扫描电子显微镜(SEM) |
2.2.6 原子力显微镜(AFM) |
2.2.7 X射线光电子能谱(XPS) |
2.2.8 ET9000电输运性质测量系统(Hall) |
2.2.9 TFT器件电学性能测试仪 |
第3章 溶液法制备MgZnO薄膜及其TFT器件 |
3.1 前期实验材料的准备和薄膜的制备 |
3.2 溶液法制备不同退火温度的MgZnO薄膜 |
3.2.1 不同退火温度对MgZnO薄膜晶体结构的影响 |
3.2.2 不同退火温度对MgZnO薄膜形貌的影响 |
3.2.3 不同退火温度对MgZnO薄膜发光性能的影响 |
3.2.4 不同退火温度的MgZnO薄膜XPS测试分析 |
3.3 溶液法制备不同Mg含量的MgxZn_(1-x)O薄膜 |
3.3.1 Mg含量对MgxZn_(1-x)O薄膜晶体结构的影响 |
3.3.2 Mg含量对MgxZn_(1-x)O薄膜形貌的影响 |
3.3.3 Mg含量对MgxZn_(1-x)O薄膜发光性能的影响 |
3.3.4 Mg含量对MgxZn_(1-x)O薄膜透射光谱的影响 |
3.4 溶液法制备MgZnO-TFT器件 |
3.4.1 器件结构和金属掩膜版的选择 |
3.4.2 TFT器件金属电极的制备 |
3.4.3 不同退火温度的Mg_(0.2)Zn_(0.8)O-TFT器件性能对比与分析 |
3.4.4 不同旋涂层数Mg_(0.2)Zn_(0.8)O-TFT器件的制备与性能分析 |
3.5 本章小结 |
第4章 PLD法制备ZnO薄膜及其TFT器件的优化 |
4.1 不同基靶间距下制备ZnO薄膜及其TFT器件 |
4.1.1 ZnO薄膜的制备 |
4.1.2 ZnO薄膜的表征 |
4.1.3 TFT器件的制备与性能分析 |
4.2 不同氧压下制备的ZnO薄膜 |
4.2.1 氧气压强对ZnO薄膜电学性能的影响 |
4.2.2 氧气压强对ZnO薄膜晶体结构的影响 |
4.2.3 氧气压强对ZnO薄膜形貌的影响 |
4.2.4 氧气压强对ZnO薄膜光致发光的影响 |
4.2.5 氧气压强对ZnO薄膜的XPS测试分析 |
4.3 ZnO TFT的制备与优化 |
4.4 本章小结 |
第5章 双有源层MgZnO/ZnO-TFF器件的制备与优化 |
5.1 不同退火温度对MgZnO/ZnO双有源层TFT器件性能的影响 |
5.1.1 MgZnO/ZnO-TFT器件的制备 |
5.1.2 TFT器件的性能分析 |
5.2 厚度对Mg_(0.2)Zn_(0.8)O/ZnO双有源层TFT器件性能的影响 |
5.2.1 ZnO厚度对Mg_(0.2)Zn_(0.8)O/ZnO双有源层TFT的影响 |
5.2.2 Mg_(0.2)Zn_(0.8)O厚度对Mg_(0.2)Zn_(0.8)O/ZnO双有源层TFT的影响 |
5.3 光刻工艺对双有源层TFT器件性能的提高 |
5.3.1 采用光刻工艺制备TFT器件 |
5.3.2 有源层薄膜的表面形貌分析 |
5.3.3 TFT器件的性能分析 |
5.4 驼峰现象的原因与分析 |
5.5 本章小结 |
第6章 结论与展望 |
6.1 结论 |
6.2 展望 |
参考文献 |
致谢 |
硕士期间参与的科研项目与研究成果 |
四、ZnO薄膜的XPS研究(论文参考文献)
- [1]离子注入极性氧化锌薄膜的光电性质研究[D]. 姜清芬. 山东大学, 2021(09)
- [2]激光辅助化学溶液法制备金属氧化物薄膜[D]. 刘燕秋. 中国科学技术大学, 2021
- [3]通过空间原子层沉积制备的高透明度和高致密性的氧化锌薄膜[D]. 孙智韬. 厦门理工学院, 2021(06)
- [4]不同元素掺杂ZnO薄膜的水热制备及光催化性能研究[D]. 容萍. 陕西理工大学, 2020(12)
- [5]基于Li掺杂ZnO薄膜阻变存储器的特性研究[D]. 李易. 黑龙江大学, 2020(04)
- [6]高功率脉冲磁控溅射沉积Al-N共掺ZnO薄膜的研究[D]. 李倩. 北京印刷学院, 2020(08)
- [7]氮掺杂ZnO薄膜的缺陷调控与光电特性研究[D]. 张红. 重庆大学, 2019(01)
- [8]稀土金属元素掺杂ZnO薄膜制备与磁交换机制研究[D]. 陈卫宾. 中国科学院大学(中国科学院上海硅酸盐研究所), 2019(03)
- [9]N2流量对HiPIMS制备Al-N共掺杂ZnO薄膜的性能影响[J]. 李倩,张玉琛,王正铎,杨丽珍,张海宝,刘忠伟,陈强. 真空与低温, 2019(06)
- [10]MgZnO/ZnO双层结构及其TFT器件的制备研究[D]. 郭松波. 深圳大学, 2019(09)