氧化铝和氧化铝薄膜制备与表征实例

第1章 ZnO概述 6
1.1 引言 6
1.2 ZnO的晶体结构 7
1.3 ZnO的结构形态 8
1.3.1 ZnO体单晶 8
1.3.2 ZnO薄膜 8
1.3.3 ZnO纳米结构 8
1.4 ZnO的能带结构 9
1.5 ZnO的基本性质 9
1.5.1 ZnO的电学性质 10
1.5.2 ZnO的光学性质 10
1.5.3 ZnO的其特性 11
1.6 ZnO薄膜的应用 11
1.6.1 声表面波器件 12
1.6.2 紫外光电探测器 13
1.6.3 肖特基紫外探测器 13
1.6.4 稀磁半导体 14
1.6.5 发光器件 14
1.6.6 气敏传感器 14
1.6.7 压敏器件 15
1.6.8 透明电极 15
1.6.9 缓冲层 15
1.6.10 ZnO基LED 16
1.7 ZnO的本征缺陷 17
1.7.1 ZnO的本征点缺陷 18
1.7.2 ZnO薄膜的能级 18
1.8 ZnO的掺杂 19
1.8.1控制本征缺陷制备p型ZnO 19
1.8.2 I族元素单一受主掺杂 20
1.8.3 IB族元素单一受主掺杂 21
1.8.4 V族元素单一受主掺杂 21
1.8.5 受主-施主共掺杂 23
1.8.6 双受主共掺杂 23
1.8.7 稀土掺杂 23
参考文献 24
第2章 AlN概述 34
2.1 引言 34
2.2 AlN的晶体结构 34
2.3 AlN的能带结构 35
2.4 AlN的特性 36
2.4.1 硬度 36
2.4.2 化学稳定性 36
2.4.3 热稳定性 37
2.4.4 电学性能 37
2.4.5 光学性能 37
2.5 A1N薄膜的应用 38
2.5.1 声表面波器件 38
2.5.2 发光材料 39
2.5.3 滤波器、谐振器 39
2.5.4 生物传感器 40
2.5.5 能量搜集器 40
2.5.6 紫外探测器 41
2.5.7 缓冲层 41
2.5.8 SOI材料的绝缘埋层 42
2.5.9 单色冷阴极材料 42
2.5.10 刀具涂层 42
2.5.11 作为磁光记录材料表面的增透膜 42
参考文献 43
第3章 ZnO和AlN薄膜的常用制备方法及性能表征手段 50
3.1 引言 50
3.2 ZnO和AlN薄膜常用的制备方法 51
3.2.1 超声喷雾热分解(USP) 51
3.2.2 溶胶-凝胶(sol-gel) 51
3.2.3 分子束外延(MBE) 52
3.2.4 金属有机物气相沉积(MOCVD) 52
3.2.5 脉冲激光沉积(PLD) 53
3.2.6 真空蒸发(VE) 53
3.2.7 电子束蒸发(E-beam evaporation) 54
3.2.8 离子束辅助沉积(IBAD) 55
3.2.9 溅射法 55
3.3 溅射镀膜的基本原理 56
3.3.1 辉光放电和溅射机理 56
3.3.2 溅射特性 58
3.3.3 溅射过程 59
3.3.4 射频磁控反应溅射技术 61
3.4 多靶磁控溅射技术 65
3.5 实验设备 65
3.5.1多靶磁控溅射仪 65
3.5.2 高真空烧结炉 66
3.6 ZnO和AlN薄膜常用的性能表征手段 66
3.6.1 X射线衍射分析(XRD) 67
3.6.2原子力显微镜(AFM) 69
3.6.3 霍尔效应测试(Hall) 71
3.6.4 扫描电子显微镜(SEM) 72
3.6.5 紫外分光光度计 73
3.6.6 荧光分光光度计(PL) 74
3.6.7 拉曼光谱仪 75
3.6.8 电子探针显微分析(EPMA) 76
参考文献 77
第4章 AlN薄膜的制备与性能表征 79
4.1引言 79
4.2过渡层概述 79
4.3 AlN薄膜的制备 80
4.3.1 实验装置 80
4.3.2 衬底的预处理 81
4.3.3 样品制备工艺参数 81
4.3.4 制备AlN薄膜的实验步骤 81
4.4工艺参数对AlN薄膜性能的影响 82
4.4.1 衬底温度对AlN薄膜性能的影响 82
4.4.2 工作气压对AlN薄膜性能的影响 83
4.4.3 溅射功率对AlN薄膜性能的影响 84
4.5 AlN薄膜性能表征的分析总结 85
参考文献 86
第5章 ZnO薄膜的制备与性能表征 87
5.1引言 87
5.2 ZnO薄膜的制备 87
5.2.1 实验装置 87
5.2.2 衬底的预处理 87
5.2.3 样品制备工艺参数 88
5.2.4 制备ZnO薄膜的实验步骤 88
5.3工艺参数对ZnO薄膜性能的影响 89
5.3.1 衬底温度对ZnO薄膜性能的影响 89
5.3.2 工作气压对ZnO薄膜性能的影响 90
5.3.3 溅射功率对ZnO薄膜性能的影响 91
5.4 ZnO薄膜性能表征的分析总结 92
参考文献 92
第6章 ZnO/AlN复合膜的制备与性能表征 93
6.1引言 93
6.2 ZnO/AlN复合薄膜的制备 93
6.2.1 实验装置 93
6.2.2 衬底的预处理 93
6.2.3 样品制备工艺参数 94
6.2.4 制备ZnO/AlN复合膜的实验步骤 94
6.3 ZnO/AlN复合膜与ZnO单层膜的对比 95
6.3.1 ZnO/AlN复合膜与ZnO单层膜XRD测试对比 95
6.3.2 ZnO/AlN复合膜与ZnO单层膜原子力显微镜测试对比 96
6.3.3 ZnO/AlN复合膜与ZnO单层膜电学参数及导电类型对比 97
6.4 ZnO/AlN复合膜与ZnO单层膜的对比分析总结 98
参考文献 98
第7章 不同溅射时间下AlN缓冲层对ZnO薄膜的影响 99
7.1引言 99
7.2 AlN薄膜、ZnO/AlN复合薄膜的制备 99
7.2.1 实验装置 99
7.2.2 衬底的预处理 99
7.2.3 样品制备工艺参数 100
7.2.4 制备AlN薄膜和ZnO/AlN复合膜的实验步骤 100
7.3不同溅射时间下AlN缓冲层对ZnO薄膜的影响 101
7.3.1 表面形貌分析 101
7.3.2 XRD测试分析 102
7.3.3 霍尔测试分析 103
7.4 不同溅射时间下AlN缓冲层对ZnO薄膜的影响分析总结 104
参考文献 104
第8章 退火温度对N掺杂ZnO薄膜结构和电学性能的影响 106
8.1 引言 106
8.2 退火处理模型 106
8.3 N掺杂ZnO薄膜的制备 108
8.3.1 实验装置 108
8.3.2 衬底的预处理 108
8.3.3 样品制备工艺参数 108
8.3.4 制备N掺杂ZnO薄膜的实验步骤 109
8.4 退火温度对N掺杂ZnO薄膜的影响 109
8.4.1 XRD测试分析 109
8.4.2 表面形貌分析 111
8.4.3 霍尔测试分析 112
8.5 退火温度对N掺杂ZnO薄膜的影响分析总结 113
参考文献 113