氧化鋁和氧化鋁薄膜制備與表征實(shí)例

第1章 ZnO概述 6
1.1 引言 6
1.2 ZnO的晶體結(jié)構(gòu) 7
1.3 ZnO的結(jié)構(gòu)形態(tài) 8
1.3.1 ZnO體單晶 8
1.3.2 ZnO薄膜 8
1.3.3 ZnO納米結(jié)構(gòu) 8
1.4 ZnO的能帶結(jié)構(gòu) 9
1.5 ZnO的基本性質(zhì) 9
1.5.1 ZnO的電學(xué)性質(zhì) 10
1.5.2 ZnO的光學(xué)性質(zhì) 10
1.5.3 ZnO的其特性 11
1.6 ZnO薄膜的應(yīng)用 11
1.6.1 聲表面波器件 12
1.6.2 紫外光電探測(cè)器 13
1.6.3 肖特基紫外探測(cè)器 13
1.6.4 稀磁半導(dǎo)體 14
1.6.5 發(fā)光器件 14
1.6.6 氣敏傳感器 14
1.6.7 壓敏器件 15
1.6.8 透明電極 15
1.6.9 緩沖層 15
1.6.10 ZnO基LED 16
1.7 ZnO的本征缺陷 17
1.7.1 ZnO的本征點(diǎn)缺陷 18
1.7.2 ZnO薄膜的能級(jí) 18
1.8 ZnO的摻雜 19
1.8.1控制本征缺陷制備p型ZnO 19
1.8.2 I族元素單一受主摻雜 20
1.8.3 IB族元素單一受主摻雜 21
1.8.4 V族元素單一受主摻雜 21
1.8.5 受主-施主共摻雜 23
1.8.6 雙受主共摻雜 23
1.8.7 稀土摻雜 23
參考文獻(xiàn) 24
第2章 AlN概述 34
2.1 引言 34
2.2 AlN的晶體結(jié)構(gòu) 34
2.3 AlN的能帶結(jié)構(gòu) 35
2.4 AlN的特性 36
2.4.1 硬度 36
2.4.2 化學(xué)穩(wěn)定性 36
2.4.3 熱穩(wěn)定性 37
2.4.4 電學(xué)性能 37
2.4.5 光學(xué)性能 37
2.5 A1N薄膜的應(yīng)用 38
2.5.1 聲表面波器件 38
2.5.2 發(fā)光材料 39
2.5.3 濾波器、諧振器 39
2.5.4 生物傳感器 40
2.5.5 能量搜集器 40
2.5.6 紫外探測(cè)器 41
2.5.7 緩沖層 41
2.5.8 SOI材料的絕緣埋層 42
2.5.9 單色冷陰極材料 42
2.5.10 刀具涂層 42
2.5.11 作為磁光記錄材料表面的增透膜 42
參考文獻(xiàn) 43
第3章 ZnO和AlN薄膜的常用制備方法及性能表征手段 50
3.1 引言 50
3.2 ZnO和AlN薄膜常用的制備方法 51
3.2.1 超聲噴霧熱分解(USP) 51
3.2.2 溶膠-凝膠(sol-gel) 51
3.2.3 分子束外延(MBE) 52
3.2.4 金屬有機(jī)物氣相沉積(MOCVD) 52
3.2.5 脈沖激光沉積(PLD) 53
3.2.6 真空蒸發(fā)(VE) 53
3.2.7 電子束蒸發(fā)(E-beam evaporation) 54
3.2.8 離子束輔助沉積(IBAD) 55
3.2.9 濺射法 55
3.3 濺射鍍膜的基本原理 56
3.3.1 輝光放電和濺射機(jī)理 56
3.3.2 濺射特性 58
3.3.3 濺射過(guò)程 59
3.3.4 射頻磁控反應(yīng)濺射技術(shù) 61
3.4 多靶磁控濺射技術(shù) 65
3.5 實(shí)驗(yàn)設(shè)備 65
3.5.1多靶磁控濺射儀 65
3.5.2 高真空燒結(jié)爐 66
3.6 ZnO和AlN薄膜常用的性能表征手段 66
3.6.1 X射線(xiàn)衍射分析(XRD) 67
3.6.2原子力顯微鏡(AFM) 69
3.6.3 霍爾效應(yīng)測(cè)試(Hall) 71
3.6.4 掃描電子顯微鏡(SEM) 72
3.6.5 紫外分光光度計(jì) 73
3.6.6 熒光分光光度計(jì)(PL) 74
3.6.7 拉曼光譜儀 75
3.6.8 電子探針顯微分析(EPMA) 76
參考文獻(xiàn) 77
第4章 AlN薄膜的制備與性能表征 79
4.1引言 79
4.2過(guò)渡層概述 79
4.3 AlN薄膜的制備 80
4.3.1 實(shí)驗(yàn)裝置 80
4.3.2 襯底的預(yù)處理 81
4.3.3 樣品制備工藝參數(shù) 81
4.3.4 制備AlN薄膜的實(shí)驗(yàn)步驟 81
4.4工藝參數(shù)對(duì)AlN薄膜性能的影響 82
4.4.1 襯底溫度對(duì)AlN薄膜性能的影響 82
4.4.2 工作氣壓對(duì)AlN薄膜性能的影響 83
4.4.3 濺射功率對(duì)AlN薄膜性能的影響 84
4.5 AlN薄膜性能表征的分析總結(jié) 85
參考文獻(xiàn) 86
第5章 ZnO薄膜的制備與性能表征 87
5.1引言 87
5.2 ZnO薄膜的制備 87
5.2.1 實(shí)驗(yàn)裝置 87
5.2.2 襯底的預(yù)處理 87
5.2.3 樣品制備工藝參數(shù) 88
5.2.4 制備ZnO薄膜的實(shí)驗(yàn)步驟 88
5.3工藝參數(shù)對(duì)ZnO薄膜性能的影響 89
5.3.1 襯底溫度對(duì)ZnO薄膜性能的影響 89
5.3.2 工作氣壓對(duì)ZnO薄膜性能的影響 90
5.3.3 濺射功率對(duì)ZnO薄膜性能的影響 91
5.4 ZnO薄膜性能表征的分析總結(jié) 92
參考文獻(xiàn) 92
第6章 ZnO/AlN復(fù)合膜的制備與性能表征 93
6.1引言 93
6.2 ZnO/AlN復(fù)合薄膜的制備 93
6.2.1 實(shí)驗(yàn)裝置 93
6.2.2 襯底的預(yù)處理 93
6.2.3 樣品制備工藝參數(shù) 94
6.2.4 制備ZnO/AlN復(fù)合膜的實(shí)驗(yàn)步驟 94
6.3 ZnO/AlN復(fù)合膜與ZnO單層膜的對(duì)比 95
6.3.1 ZnO/AlN復(fù)合膜與ZnO單層膜XRD測(cè)試對(duì)比 95
6.3.2 ZnO/AlN復(fù)合膜與ZnO單層膜原子力顯微鏡測(cè)試對(duì)比 96
6.3.3 ZnO/AlN復(fù)合膜與ZnO單層膜電學(xué)參數(shù)及導(dǎo)電類(lèi)型對(duì)比 97
6.4 ZnO/AlN復(fù)合膜與ZnO單層膜的對(duì)比分析總結(jié) 98
參考文獻(xiàn) 98
第7章 不同濺射時(shí)間下AlN緩沖層對(duì)ZnO薄膜的影響 99
7.1引言 99
7.2 AlN薄膜、ZnO/AlN復(fù)合薄膜的制備 99
7.2.1 實(shí)驗(yàn)裝置 99
7.2.2 襯底的預(yù)處理 99
7.2.3 樣品制備工藝參數(shù) 100
7.2.4 制備AlN薄膜和ZnO/AlN復(fù)合膜的實(shí)驗(yàn)步驟 100
7.3不同濺射時(shí)間下AlN緩沖層對(duì)ZnO薄膜的影響 101
7.3.1 表面形貌分析 101
7.3.2 XRD測(cè)試分析 102
7.3.3 霍爾測(cè)試分析 103
7.4 不同濺射時(shí)間下AlN緩沖層對(duì)ZnO薄膜的影響分析總結(jié) 104
參考文獻(xiàn) 104
第8章 退火溫度對(duì)N摻雜ZnO薄膜結(jié)構(gòu)和電學(xué)性能的影響 106
8.1 引言 106
8.2 退火處理模型 106
8.3 N摻雜ZnO薄膜的制備 108
8.3.1 實(shí)驗(yàn)裝置 108
8.3.2 襯底的預(yù)處理 108
8.3.3 樣品制備工藝參數(shù) 108
8.3.4 制備N(xiāo)摻雜ZnO薄膜的實(shí)驗(yàn)步驟 109
8.4 退火溫度對(duì)N摻雜ZnO薄膜的影響 109
8.4.1 XRD測(cè)試分析 109
8.4.2 表面形貌分析 111
8.4.3 霍爾測(cè)試分析 112
8.5 退火溫度對(duì)N摻雜ZnO薄膜的影響分析總結(jié) 113
參考文獻(xiàn) 113