●第1章 ZnO概述 6
1.1 引言 6
1.2 ZnO的晶體結構 7
1.3 ZnO的結構形態 8
1.3.1 ZnO體單晶 8
1.3.2 ZnO薄膜 8
1.3.3 ZnO納米結構 8
1.4 ZnO的能帶結構 9
1.5 ZnO的基本性質 9
1.5.1 ZnO的電學性質 10
1.5.2 ZnO的光學性質 10
1.5.3 ZnO的其特性 11
1.6 ZnO薄膜的應用 11
1.6.1 聲表面波器件 12
1.6.2 紫外光電探測器 13
1.6.3 肖特基紫外探測器 13
1.6.4 稀磁半導體 14
1.6.5 發光器件 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 緩衝層 15
1.6.10 ZnO基LED 16
1.7 ZnO的本征缺陷 17
1.7.1 ZnO的本征點缺陷 18
1.7.2 ZnO薄膜的能級 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素單一受主摻雜 20
1.8.3 素單一受主摻雜 21
1.8.4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 24
第2章 AlN概述 34
2.1 引言 34
2.2 AlN的晶體結構 34
2.3 AlN的能帶結構 35
2.4 AlN的特性 36
2.4.1 硬度 36
2.4.2 化學穩定性 36
2.4.3 熱穩定性 37
2.4.4 電學性能 37
2.4.5 光學性能 37
2.5 A1N薄膜的應用 38
2.5.1 聲表面波器件 38
2.5.2 發光材料 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 紫外探測器 41
2.5.7 緩衝層 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 刀具塗層 42
2.5.11 作為磁光記錄材料表面的增透膜 42
參考文獻 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 金屬有機物氣相沉積(MOCVD) 52
3.2.5 脈衝激光沉積(PLD) 53
3.2.6 真空蒸發(VE) 53
3.2.7 電子束蒸發(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 輝光放電和濺射機理 56
3.3.2 濺射特性 58
3.3.3 濺射過程 59
3.3.4 射頻磁控反應濺射技術 61
3.4 多靶磁控濺射技術 65
3.5 實驗設備 65
3.5.1多靶磁控濺射儀 65
3.5.2 高真空燒結爐 66
3.6 ZnO和AlN薄膜常用的性能表征手段 66
3.6.1 X射線衍射分析(XRD) 67
3.6.2原子力顯微鏡(AFM) 69
3.6.3 霍爾效應測試(Hall) 71
3.6.4 掃描電子顯微鏡(SEM) 72
3.6.5 紫外分光光度計 73
3.6.6 熒光分光光度計(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 77
第4章 AlN薄膜的制備與性能表征 79
4.1引言 79
4.2過渡層概述 79
4.3 AlN薄膜的制備 80
4.3.1 實驗裝置 80
4.3.2 襯底的預處理 81
4.3.3 樣品制備工藝參數 81
4.3.4 制備AlN薄膜的實驗步驟 81
4.4工藝參數對AlN薄膜性能的影響 82
4.4.1 襯底溫度對AlN薄膜性能的影響 82
4.4.2 工作氣壓對AlN薄膜性能的影響 83
4.4.3 濺射功率對AlN薄膜性能的影響 84
4.5 AlN薄膜性能表征的分析總結 85
參考文獻 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 實驗裝置 87
5.2.2 襯底的預處理 87
5.2.3 樣品制備工藝參數 88
5.2.4 制備ZnO薄膜的實驗步驟 88
5.3工藝參數對ZnO薄膜性能的影響 89
5.3.1 襯底溫度對ZnO薄膜性能的影響 89
5.3.2 工作氣壓對ZnO薄膜性能的影響 90
5.3.3 濺射功率對ZnO薄膜性能的影響 91
5.4 ZnO薄膜性能表征的分析總結 92
參考文獻 92
第6章 ZnO/AlN復合膜的制備與性能表征 93
6.1引言 93
6.2 ZnO/AlN復合薄膜的制備 93
6.2.1 實驗裝置 93
6.2.2 襯底的預處理 93
6.2.3 樣品制備工藝參數 94
6.2.4 制備ZnO/AlN復合膜的實驗步驟 94
6.3 ZnO/AlN復合膜與ZnO單層膜的對比 95
6.3.1 ZnO/AlN復合膜與ZnO單層膜XRD測試對比 95
6.3.2 ZnO/AlN復合膜與ZnO單層膜原子力顯微鏡測試對比 96
6.3.3 ZnO/AlN復合膜與ZnO單層膜電學參數及導電類型對比 97
6.4 ZnO/AlN復合膜與ZnO單層膜的對比分析總結 98
參考文獻 98
第7章 不同濺射時間下AlN緩衝層對ZnO薄膜的影響 99
7.1引言 99
7.2 AlN薄膜、ZnO/AlN復合薄膜的制備 99
7.2.1 實驗裝置 99
7.2.2 襯底的預處理 99
7.2.3 樣品制備工藝參數 100
7.2.4 制備AlN薄膜和ZnO/AlN復合膜的實驗步驟 100
7.3不同濺射時間下AlN緩衝層對ZnO薄膜的影響 101
7.3.1 表面形貌分析 101
7.3.2 XRD測試分析 102
7.3.3 霍爾測試分析 103
7.4 不同濺射時間下AlN緩衝層對ZnO薄膜的影響分析總結 104
參考文獻 104
第8章 退火溫度對N摻雜ZnO薄膜結構和電學性能的影響 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 實驗裝置 108
8.3.2 襯底的預處理 108
8.3.3 樣品制備工藝參數 108
8.3.4 制備N摻雜ZnO薄膜的實驗步驟 109
8.4 退火溫度對N摻雜ZnO薄膜的影響 109
8.4.1 XRD測試分析 109
8.4.2 表面形貌分析 111
8.4.3 霍爾測試分析 112
8.5 退火溫度對N摻雜ZnO薄膜的影響分析總結 113
參考文獻 113

本書以實例的形式，介紹了用磁控濺射法制備氧化鋅（ZnO）薄膜、氮化鋁（AlN）薄膜和ZnO/AlN復合膜的詳細工藝和性能表征。全書共分8章，第1章主要介紹ZnO的晶體結構、能帶結構、性能與應用；第2章主要介紹AlN的晶體結構、能帶結構、性能與應用；第3章主要介紹ZnO和AlN薄膜的常用制備方法及性能表征手段；第4~6章分別介紹了AlN薄膜、ZnO薄膜、ZnO/AlN復合膜的制備方法與性能表征；第7章主要介紹不同濺射時間下AlN緩衝層對ZnO薄膜的影響；第8章主要介紹退火溫度對N摻雜ZnO薄膜的影響。

趙祥敏,趙文海 著 著

目前，半導體材料已經成為 21 世紀信息社會高技術產業的基礎材料。ZnO是繼GaN之後出現的又一種寬禁帶半導體材料，它有著與GaN相似的晶體結構，在某些方面具有比GaN更優越的性能。ZnO室溫帶隙約為3.37eV，激子結合能高達60meV，遠大於其室溫下的離化能26meV；ZnO的熔點高達1975℃，具有很高的化學和熱穩定性，抗輻射能力強，遠遠超過GaN；ZnO薄膜是一種光學透明薄膜，純ZnO及其摻雜薄膜具有優異的光電性能，用途廣闊，而且原料易得、價廉、毒性小，是最有開發潛力的薄膜材料之一。自1998年ZnO薄膜的室溫紫外受激發射報道以來，ZnO成為繼GaN之後光電子領域內又一研究熱點。ZnO薄膜通常沿著[0001]方向優先生長，即具有c軸擇優取向。在多晶和非晶襯底上通常隻能得到六方柱狀多晶薄膜；在單晶襯底（如c面或a面藍寶石單晶片）上可以實現ZnO外延薄膜的生長。襯底不同會對ZnO外延等