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1 ZnO概述1

1.1引言1

1.2 ZnO的晶体结构2

1.3 ZnO的结构形态3

1.3.1 ZnO体单晶4

1.3.2 ZnO薄膜4

1.3.3 ZnO纳米结构4

1.4 ZnO的能带结构5

1.5 ZnO的基本性质6

1.5.1 ZnO的电学性质7

1.5.2 ZnO的光学性质7

1.5.3 ZnO的其他特性8

1.6 ZnO薄膜的应用9

1.6.1声表面波器件9

1.6.2紫外光电探测器10

1.6.3肖特基紫外探测器11

1.6.4稀磁半导体12

1.6.5发光器件12

1.6.6气敏传感器13

1.6.7压敏器件13

1.6.8透明电极13

1.6.9缓冲层14

1.6.10 ZnO基LED15

1.7 ZnO的本征缺陷17

1.7.1 ZnO的本征点缺陷17

1.7.2 ZnO薄膜的能级18

1.8 ZnO的掺杂18

1.8.1控制本征缺陷制备P型ZnO19

1.8.2 1族元素单一受主掺杂20

1.8.3 1B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24

1.8.6双受主共掺杂24

1.8.7稀土掺杂25

参考文献26

2 AlN概述34

2.1引言34

2.2 AlN的晶体结构35

2.3 AlN的能带结构36

2.4 AlN的特性37

2.4.1硬度37

2.4.2化学稳定性38

2.4.3热稳定性38

2.4.4电学性能38

2.4.5光学性能39

2.5 AlN薄膜的应用40

2.5.1声表面波器件40

2.5.2发光材料41

2.5.3滤波器、谐振器41

2.5.4生物传感器42

2.5.5能量搜集器42

2.5.6紫外探测器43

2.5.7缓冲层44

2.5.8 SOI材料的绝缘埋层45

2.5.9单色冷阴极材料45

2.5.10刀具涂层46

2.5.11作为磁光记录材料表面的增透膜46

参考文献47

3 ZnO和AIN薄膜的常用制备方法及性能表征手段52

3.1引言52

3.2 ZnO和AlN薄膜常用的制备方法53

3.2.1超声喷雾热分解（USP）54

3.2.2溶胶-凝胶（sol-gel）54

3.2.3分子束外延（MBE）55

3.2.4金属有机物气相沉积（MOCVD）55

3.2.5脉冲激光沉积（PLD）56

3.2.6真空蒸发（VE）57

3.2.7电子束蒸发（E-beam evaporation）58

3.2.8离子束辅助沉积（IBAD）59

3.2.9溅射法60

3.3溅射镀膜的基本原理60

3.3.1辉光放电和溅射机理60

3.3.2溅射特性63

3.3.3溅射过程65

3.3.4射频磁控反应溅射技术67

3.4多靶磁控溅射技术72

3.5实验设备72

3.5.1多靶磁控溅射仪72

3.5.2高真空烧结炉74

3.6 ZnO和AlN薄膜常用的性能表征手段74

3.6.1 X射线衍射分析（XRD）74

3.6.2原子力显微镜（AFM）76

3.6.3霍尔效应测试（Hall）79

3.6.4扫描电子显微镜（SEM）81

3.6.5紫外分光光度计82

3.6.6荧光分光光度计（PL）84

3.6.7拉曼光谱仪85

3.6.8电子探针显微分析（EPMA）86

参考文献87

4 AlN薄膜的制备与性能表征89

4.1引言89

4.2过渡层概述89

4.3 AlN薄膜的制备90

4.3.1实验装置91

4.3.2衬底的预处理91

4.3.3样品制备工艺参数92

4.3.4制备AlN薄膜的实验步骤92

4.4工艺参数对AlN薄膜性能的影响93

4.4.1衬底温度对AlN薄膜性能的影响93

4.4.2工作气压对AlN薄膜性能的影响95

4.4.3溅射功率对AlN薄膜性能的影响96

4.5 AlN薄膜性能表征的分析总结97

参考文献98

5 ZnO薄膜的制备与性能表征100

5.1引言100

5.2 ZnO薄膜的制备100

5.2.1实验装置100

5.2.2衬底的预处理100

5.2.3样品制备工艺参数101

5.2.4制备ZnO薄膜的实验步骤101

5.3工艺参数对ZnO薄膜性能的影响102

5.3.1衬底温度对ZnO薄膜性能的影响102

5.3.2工作气压对ZnO薄膜性能的影响103

5.3.3溅射功率对ZnO薄膜性能的影响105

5.4 ZnO薄膜性能表征的分析总结106

参考文献107

6 ZnO/AlN复合膜的制备与性能表征108

6.1引言108

6.2 ZnO/AlN复合薄膜的制备108

6.2.1实验装置108

6.2.2衬底的预处理108

6.2.3样品制备工艺参数109

6.2.4制备ZnO/AlN复合膜的实验步骤109

6.3 ZnO/AlN复合膜与ZnO单层膜的对比110

6.3.1 ZnO/AlN复合膜与ZnO单层膜XRD测试对比110

6.3.2 ZnO/AlN复合膜与ZnO单层膜原子力显微镜测试对比112

6.3.3 ZnO/AlN复合膜与ZnO单层膜电学参数及导电类型对比113

6.4 ZnO/AlN复合膜与ZnO单层膜的对比分析总结114

参考文献114

7不同溅射时间下AlN缓冲层对ZnO薄膜的影响115

7.1引言115

7.2 AlN薄膜、ZnO/AlN复合薄膜的制备115

7.2.1实验装置115

7.2.2衬底的预处理115

7.2.3样品制备工艺参数116

7.2.4制备AlN薄膜和ZnO/AlN复合膜的实验步骤116

7.3不同溅射时间下AlN缓冲层对ZnO薄膜的影响117

7.3.1表面形貌分析117

7.3.2 XRD测试分析119

7.3.3霍尔测试分析121

7.4不同溅射时间下AlN缓冲层对ZnO薄膜的影响分析总结122

参考文献122

8退火温度对N掺杂ZnO薄膜结构和电学性能的影响123

8.1引言123

8.2退火处理模型123

8.3 N掺杂ZnO薄膜的制备125

8.3.1实验装置125

8.3.2衬底的预处理125

8.3.3样品制备工艺参数126

8.3.4制备N掺杂ZnO薄膜的实验步骤126

8.4退火温度对N掺杂ZnO薄膜的影响127

8.4.1 XRD测试分析127

8.4.2表面形貌分析129

8.4.3霍尔测试分析131

8.5退火温度对N掺杂ZnO薄膜的影响分析总结132

参考文献132