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ZnO薄膜的激光辐照效应研究

赵艳 蒋毅坚

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ZnO薄膜的激光辐照效应研究

赵艳, 蒋毅坚

The effect of laser irradiation on ZnO thin films

Zhao Yan, Jiang Yi-Jian
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  • 研究了KrF准分子激光辐照对ZnO薄膜的本征缺陷.紫外(UV)发光以及表面形貌的影响,并对室温下ZnO的UV发射机理进行了详细探讨.结果表明激光辐照打断了薄膜内Zn—O键,氧空位(锌填隙)增多,导致表面电阻率下降,载流子浓度升高,调节激光辐照能量密度,可在较大范围内调控ZnO薄膜中的施主缺陷浓度;同时在激光热效应作用下,薄膜晶粒熔融长大,表面粗糙度大大降低;室温下ZnO薄膜的UV发光包括自由激子复合发光(FX)及其声子伴线(FX-LO),缺陷浓度决定了FX与FX-LO的相对强度比,进而影响UV发射峰的强度以及位置.因此,激光辐照可以快速、有效地对ZnO薄膜内的缺陷浓度进行调控,从而控制其室温下的UV发射强度,这对于提高ZnO基光电器件的性能具有重要意义.
    The effect of KrF pulsed excimer laser irradiation on intrinsic defects,ultra-violet (UV) emission and surface morphology of ZnO thin films was investigated,and also the origin of room temperature UV emission was discussed in detail. It was found that,the KrF laser can break the Zn—O bonds; therefore,the concentration of VO (or Zni) defects increases,leading to the decrease of resistivity and increase of carrier concentration. By adjusting the laser energy densities,the donor defect concentration can be controlled in a wide range. Simultaneously,under the heat of laser,the melting grains connect with each other,resulting in the great decrease of surface roughness. Room temperature UV emission of ZnO film is composed of contribution from free-exciton (FX) recombination and its longitudinal-optical phonon replica (FX-LO), the defect density determines the relative strengths of FX to FX-LO emission intensities,which strongly affect the peak position and intensity of UV emission of ZnO film. This investigation indicates that the laser irradiation is an effective technique to modulate the exciton emission by controlling the defect density,which is important for the application of high performance of UV emitting optoelectronic devices.
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号:10974009)资助的课题.
    [1]

    [1]Tang Z K,Wong G K L,Yu P,Kawasaki M,Ohtomo A,Koinuma H,Segawa Y 1998 Appl. Phys. Lett. 72 3270

    [2]

    [2]Huang M H,Mao S,Feick H,Yan H Q,Wu Y Y,Kind H,Weber E,Russo R,Yang P D 2001 Science 292 1897

    [3]

    [3]Tsukazaki A,Onuma T,Ohtani M 2005 Nat. Mater. 4 42

    [4]

    [4]Chen SJ,Liu Y C,Shao C L,Mu R,Lu Y M,Zhang J Y,Shen D Z,Fan X W 2005 Adv. Mater. 17 586

    [5]

    [5]Lu J G,Zhang Y Z,Ye Z Z 2006 Appl. Phys. Lett. 88 222114

    [6]

    [6]Chen J,Jin G J,Ma Y Q 2009 Acta Phys.Sin. 58 2707 (in Chinese) [陈静、金国钧、马余强 2009 物理学报 58 2707]

    [7]

    [7]Xiao J,Bai X,Zhang G M 2008 Acta Phys.Sin. 57 7057 (in Chinese) [肖竞、柏鑫、张耿民 2008 物理学报 57 7057]

    [8]

    [8]Tang K,Gu S L,Zhu M 2008 Appl. Phys. Lett. 93 132107

    [9]

    [9]Ye Z Z 2008 Int. Acad. Dev. 5 30 (in Chinese) [叶志镇 2008 国际学术动态 5 30]

    [10]

    ]Wang R C,Liu C P,Huang J L,Chen S J 2005 Appl. Phys. Lett. 87 053103

    [11]

    ]Fan H J,Scholz R,Kolb F M,Zacharias M 2004 Appl. Phys. Lett. 85 4142

    [12]

    ]Hong W K,Jo G H,Choe M,Lee T,Sohn J I,Welland M E 2009 Appl. Phys. Lett. 94 043103

    [13]

    ]Hur T B,Hwang Y H,Kim H K 2005 Appl. Phys. Lett. 86 193113

    [14]

    ]Lee S,Kim D Y 2008 J. Appl. Phys. 104 093515

    [15]

    ]Noh J H,Jung H S,Lee J K,Kim J Y 2008 J. Appl. Phys. 104 073706

    [16]

    ]Lim J,Lee C M 2007 Thin Solid Films 515 3335

    [17]

    ]Yang Y L,Yan H W,Fu Z P 2006 Solid State Commun. 138 521

    [18]

    ]Kashiwaba Y,Haga K,Watanabe H,Zhang B P,Segawa Y,Wakatsuki K 2002 Phys. Stat. Sol.B 229 921

    [19]

    ]Wang X,Yang S,Wang J,Li M,Jiang X,Du G,Liu X,Chang R P H 2002 Opt. Quantum Electron. 34 883

    [20]

    ]Kurbanov S S,Panin G N,Kim T W,Kang T W 2008 Phys. Rev.B 78 045311

    [21]

    ]Klik M A J,Gregorkiewicz T,Yassievich I N,Ivanov V Y,Godlewski M 2005 Phys. Rev.B 72 125205

    [22]

    ]Panina G N,Kang T W,Aleshin A N 2005 Appl. Phys. Lett. 86 113114.

    [23]

    ]Tuomisto F,Saarinen K,Look D C,Farlow G C 2005 Phys. Rev. B 72 085206.

    [24]

    ]Look D C,Hemsky J W,Sizelove J R 1999 Phys. Rev. Lett. 82 2552

    [25]

    ]Ji L F,Jiang Y J, Wang W, Yu Z L 2004 Appl. Phys. Lett. 85 1577

    [26]

    ]Ji Y L,Jiang Y J 2006 Appl. Phys. Lett. 89 221103

    [27]

    ]Chang L,Jiang Y J, Ji L F 2007 Appl. Phys. Lett. 90 082505

    [28]

    ]Oh M S,Hwang D K,Lim J H 2007 Appl. Phys. Lett. 91 042109

    [29]

    ]Aoki T,Hatanaka Y 2000 Appl. Phys. Lett. 76 3257

    [30]

    ]Cao W T,Du W 2007 J. Lumin. 124 260

    [31]

    ]Zhao Y,Jiang Y J 2007 J. Cryst. Growth. 307 278

    [32]

    ]Oh M S,Kim S H,Hwang D K,Park S J,Seong T Y 2005 Electron. Chem. Solid-State Lett. 8 G317

    [33]

    ]Wang X C,Lim G C,Liu W,Soh C B,Chua S J 2005 Appl. Surf. Sci. 252 2071

    [34]

    ]Voss T,Bekeny C,Wischmeier L,Gafsi H,Borner S,Schade W,Mofor A C,Bakin A,Waag A 2006 Appl. Phys. Lett. 89 182107

    [35]

    ]Cui J B 2008 J. Phys. Chem. C 112 10385

  • [1]

    [1]Tang Z K,Wong G K L,Yu P,Kawasaki M,Ohtomo A,Koinuma H,Segawa Y 1998 Appl. Phys. Lett. 72 3270

    [2]

    [2]Huang M H,Mao S,Feick H,Yan H Q,Wu Y Y,Kind H,Weber E,Russo R,Yang P D 2001 Science 292 1897

    [3]

    [3]Tsukazaki A,Onuma T,Ohtani M 2005 Nat. Mater. 4 42

    [4]

    [4]Chen SJ,Liu Y C,Shao C L,Mu R,Lu Y M,Zhang J Y,Shen D Z,Fan X W 2005 Adv. Mater. 17 586

    [5]

    [5]Lu J G,Zhang Y Z,Ye Z Z 2006 Appl. Phys. Lett. 88 222114

    [6]

    [6]Chen J,Jin G J,Ma Y Q 2009 Acta Phys.Sin. 58 2707 (in Chinese) [陈静、金国钧、马余强 2009 物理学报 58 2707]

    [7]

    [7]Xiao J,Bai X,Zhang G M 2008 Acta Phys.Sin. 57 7057 (in Chinese) [肖竞、柏鑫、张耿民 2008 物理学报 57 7057]

    [8]

    [8]Tang K,Gu S L,Zhu M 2008 Appl. Phys. Lett. 93 132107

    [9]

    [9]Ye Z Z 2008 Int. Acad. Dev. 5 30 (in Chinese) [叶志镇 2008 国际学术动态 5 30]

    [10]

    ]Wang R C,Liu C P,Huang J L,Chen S J 2005 Appl. Phys. Lett. 87 053103

    [11]

    ]Fan H J,Scholz R,Kolb F M,Zacharias M 2004 Appl. Phys. Lett. 85 4142

    [12]

    ]Hong W K,Jo G H,Choe M,Lee T,Sohn J I,Welland M E 2009 Appl. Phys. Lett. 94 043103

    [13]

    ]Hur T B,Hwang Y H,Kim H K 2005 Appl. Phys. Lett. 86 193113

    [14]

    ]Lee S,Kim D Y 2008 J. Appl. Phys. 104 093515

    [15]

    ]Noh J H,Jung H S,Lee J K,Kim J Y 2008 J. Appl. Phys. 104 073706

    [16]

    ]Lim J,Lee C M 2007 Thin Solid Films 515 3335

    [17]

    ]Yang Y L,Yan H W,Fu Z P 2006 Solid State Commun. 138 521

    [18]

    ]Kashiwaba Y,Haga K,Watanabe H,Zhang B P,Segawa Y,Wakatsuki K 2002 Phys. Stat. Sol.B 229 921

    [19]

    ]Wang X,Yang S,Wang J,Li M,Jiang X,Du G,Liu X,Chang R P H 2002 Opt. Quantum Electron. 34 883

    [20]

    ]Kurbanov S S,Panin G N,Kim T W,Kang T W 2008 Phys. Rev.B 78 045311

    [21]

    ]Klik M A J,Gregorkiewicz T,Yassievich I N,Ivanov V Y,Godlewski M 2005 Phys. Rev.B 72 125205

    [22]

    ]Panina G N,Kang T W,Aleshin A N 2005 Appl. Phys. Lett. 86 113114.

    [23]

    ]Tuomisto F,Saarinen K,Look D C,Farlow G C 2005 Phys. Rev. B 72 085206.

    [24]

    ]Look D C,Hemsky J W,Sizelove J R 1999 Phys. Rev. Lett. 82 2552

    [25]

    ]Ji L F,Jiang Y J, Wang W, Yu Z L 2004 Appl. Phys. Lett. 85 1577

    [26]

    ]Ji Y L,Jiang Y J 2006 Appl. Phys. Lett. 89 221103

    [27]

    ]Chang L,Jiang Y J, Ji L F 2007 Appl. Phys. Lett. 90 082505

    [28]

    ]Oh M S,Hwang D K,Lim J H 2007 Appl. Phys. Lett. 91 042109

    [29]

    ]Aoki T,Hatanaka Y 2000 Appl. Phys. Lett. 76 3257

    [30]

    ]Cao W T,Du W 2007 J. Lumin. 124 260

    [31]

    ]Zhao Y,Jiang Y J 2007 J. Cryst. Growth. 307 278

    [32]

    ]Oh M S,Kim S H,Hwang D K,Park S J,Seong T Y 2005 Electron. Chem. Solid-State Lett. 8 G317

    [33]

    ]Wang X C,Lim G C,Liu W,Soh C B,Chua S J 2005 Appl. Surf. Sci. 252 2071

    [34]

    ]Voss T,Bekeny C,Wischmeier L,Gafsi H,Borner S,Schade W,Mofor A C,Bakin A,Waag A 2006 Appl. Phys. Lett. 89 182107

    [35]

    ]Cui J B 2008 J. Phys. Chem. C 112 10385

  • [1] 王丽敏, 段丙皇, 许献国, 李昊, 陈治军, 杨坤杰, 张硕. 基于蒙特卡罗模拟研究锆钛酸铅镧材料的中子辐照损伤. 物理学报, 2022, 71(7): 076101. doi: 10.7498/aps.71.20212041
    [2] 陈桂波, 张佳佳, 王超群, 毕娟. 一种基于激光辐照热效应的薄膜参数反演方法. 物理学报, 2016, 65(12): 124401. doi: 10.7498/aps.65.124401
    [3] 周小红, 杨卿, 邹军涛, 梁淑华. 生长条件对Ga掺杂ZnO薄膜微观结构及光致发光性能的影响. 物理学报, 2015, 64(8): 087803. doi: 10.7498/aps.64.087803
    [4] 黄立静, 任乃飞, 李保家, 周明. 激光辐照对热退火金属/掺氟二氧化锡透明导电薄膜光电性能的影响. 物理学报, 2015, 64(3): 034211. doi: 10.7498/aps.64.034211
    [5] 张丽, 徐明, 余飞, 袁欢, 马涛. Fe, Co共掺杂ZnO薄膜结构及发光特性研究. 物理学报, 2013, 62(2): 027501. doi: 10.7498/aps.62.027501
    [6] 徐韵, 李云鹏, 金璐, 马向阳, 杨德仁. 脉冲激光沉积法制备的ZnO薄膜的低阈值电抽运紫外随机激射. 物理学报, 2013, 62(8): 084207. doi: 10.7498/aps.62.084207
    [7] 吴忠浩, 徐明, 段文倩. Fe掺杂对溶胶凝胶法制备的ZnO: Ni薄膜结构及发光特性的影响. 物理学报, 2012, 61(13): 137502. doi: 10.7498/aps.61.137502
    [8] 吴艳南, 徐明, 吴定才, 董成军, 张佩佩, 纪红萱, 何林. Co,Sn共掺ZnO薄膜结构与光致发光的研究. 物理学报, 2011, 60(7): 077505. doi: 10.7498/aps.60.077505
    [9] 高立, 张建民. 微量Mg掺杂ZnO薄膜的光致发光光谱和带隙变化机理研究. 物理学报, 2010, 59(2): 1263-1267. doi: 10.7498/aps.59.1263
    [10] 魏玮, 刘明, 曲盛薇, 张庆瑜. Ti缓冲层及退火处理对Si(111)基片上生长的ZnO薄膜结构和发光特性的影响. 物理学报, 2009, 58(8): 5736-5743. doi: 10.7498/aps.58.5736
    [11] 吴定才, 胡志刚, 段满益, 徐禄祥, 刘方舒, 董成军, 吴艳南, 纪红萱, 徐明. Co与Cu掺杂ZnO薄膜的制备与光致发光研究. 物理学报, 2009, 58(10): 7261-7266. doi: 10.7498/aps.58.7261
    [12] 常雷, 蒋毅坚. La0.67Ba0.33MnO3薄膜的激光辐照效应研究. 物理学报, 2009, 58(3): 1997-2001. doi: 10.7498/aps.58.1997
    [13] 王永刚, 贺红亮, M. Boustie, T. Sekine. 强激光辐照下纳米晶体铜薄膜层裂破坏的实验研究. 物理学报, 2008, 57(1): 411-415. doi: 10.7498/aps.57.411
    [14] 袁艳红, 侯 洵, 高 恒. 超声处理对ZnO薄膜光致发光特性的影响. 物理学报, 2006, 55(1): 446-449. doi: 10.7498/aps.55.446
    [15] 孙成伟, 刘志文, 张庆瑜. 退火温度对ZnO薄膜结构和发光特性的影响. 物理学报, 2006, 55(1): 430-436. doi: 10.7498/aps.55.430
    [16] 孙贤开, 林碧霞, 朱俊杰, 张 杨, 傅竹西. LP-MOCVD异质外延ZnO薄膜中的应力及对缺陷的影响. 物理学报, 2005, 54(6): 2899-2903. doi: 10.7498/aps.54.2899
    [17] 李伙全, 宁兆元, 程珊华, 江美福. 射频磁控溅射沉积的ZnO薄膜的光致发光中心与漂移. 物理学报, 2004, 53(3): 867-870. doi: 10.7498/aps.53.867
    [18] 方泽波, 龚恒翔, 刘雪芹, 徐大印, 黄春明, 王印月. 退火对多晶ZnO薄膜结构与发光特性的影响. 物理学报, 2003, 52(7): 1748-1751. doi: 10.7498/aps.52.1748
    [19] 张德恒, 王卿璞, 薛忠营. 不同衬底上的ZnO薄膜紫外光致发光. 物理学报, 2003, 52(6): 1484-1487. doi: 10.7498/aps.52.1484
    [20] 林碧霞, 傅竹西, 贾云波, 廖桂红. 非掺杂ZnO薄膜中紫外与绿色发光中心. 物理学报, 2001, 50(11): 2208-2211. doi: 10.7498/aps.50.2208
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出版历程
  • 收稿日期:  2009-06-23
  • 修回日期:  2009-07-27
  • 刊出日期:  2010-02-05

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