ZnO及其Eu3+摻雜薄膜的制備與性質(zhì)研究.pdf

1、作為第三代半導(dǎo)體材料之一的氧化鋅(ZnO)是Ⅱ-Ⅵ族直接寬帶隙半導(dǎo)體，在光電學(xué)性質(zhì)、抗輻照特性及能帶結(jié)構(gòu)等方面具有特殊性能，成為繼SiC和GaN之后的研究熱點(diǎn)。ZnO室溫下禁帶寬度為3.37eV，具有較高的激子結(jié)合能(60 me V)，遠(yuǎn)大于室溫?zé)犭x化能(26 meV)。在室溫下激子復(fù)合可以穩(wěn)定存在，其激射閾值比較低，可以實(shí)現(xiàn)室溫或更高溫度下高效的受激發(fā)射。這些優(yōu)越的光電性質(zhì)，使它在熒光粉、光催化、平板顯示器、場(chǎng)發(fā)射器等方面有潛在應(yīng)用，

2、可用為白光的起始材料。
　　近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外對(duì)ZnO特別是對(duì)稀土元素?fù)诫sZnO的光致發(fā)光材料進(jìn)行了廣泛的研究。在ZnO薄膜的光致發(fā)光圖譜中，觀察到的發(fā)光峰主要有380 nm的近紫外峰和寬的藍(lán)綠發(fā)光峰?？紤]到稀土Eu3+是一種重要的紅光發(fā)光中心，將Eu3+摻雜到ZnO基質(zhì)中，Eu3+紅光和ZnO基質(zhì)的藍(lán)綠光相疊加，有可能實(shí)現(xiàn)單層白光發(fā)射，從而克服多層膜實(shí)現(xiàn)白光發(fā)射時(shí)導(dǎo)致的晶格適配問(wèn)題，所以稀土Eu3+摻雜ZnO薄膜成為研究的熱點(diǎn)。

3、r>　　目前，對(duì)ZnO薄膜已進(jìn)行了廣泛的研究，雖然也得到了一些有用的研究成果，但是目前ZnO的結(jié)晶質(zhì)量還尚未達(dá)到實(shí)用化要求。因此采取有效的方法來(lái)提高氧化鋅薄膜的質(zhì)量，已經(jīng)成為了現(xiàn)代科學(xué)研究的一個(gè)重要發(fā)展趨向。脈沖激光沉積法(PLD)在制備樣品的過(guò)程中除了可以隨時(shí)替換靶材料，方便氧化鋅的摻雜外，其設(shè)備還可以減少空氣的污染。大量的研究表明退火可以進(jìn)一步的減少薄膜的應(yīng)力，在一定程度上可以提高薄膜的發(fā)光強(qiáng)度。
　　現(xiàn)在已經(jīng)有許多制備薄膜的

4、方法，考慮到各種影響因素，本文決定利用脈沖激光沉積(PLD)系統(tǒng)在Si(111)的襯底上生長(zhǎng)了稀土Eu3+摻雜ZnO薄膜。為了得到優(yōu)質(zhì)的材料，把兩種樣品分別在純氧氣氛和真空氣氛中退火。通過(guò)樣品的表征，便可以分析出哪種退火氣氛更有利于提高材料質(zhì)量。實(shí)驗(yàn)中選用Li+作為敏化劑共摻雜，是因?yàn)長(zhǎng)i+可以起到潤(rùn)滑劑的作用，使得稀土離子Eu3+能更有效的摻雜到ZnO基質(zhì)中。借助X射線衍射儀來(lái)探討沉積薄膜的結(jié)晶問(wèn)題，XRD圖譜顯示，制備的摻雜薄膜均在

5、著一個(gè)尖銳的衍射峰。使用MDI Jade5.0得出ZnO:Eu3+,Li+薄膜的結(jié)構(gòu)參數(shù)，結(jié)果顯示，在純氧氣氛中退火的樣品具有較大的晶粒尺寸；可以利用雙軸應(yīng)變模式分析材料內(nèi)部的應(yīng)力，計(jì)算結(jié)果表明在純氧氣氛中退火的樣品應(yīng)力較小。在純氧氣氛中退火的樣品的近紫外發(fā)射峰要比真空中樣品的發(fā)射峰要強(qiáng)許多。這說(shuō)明在純氧氣氛中退火樣品，可以更有效、更充分地去除缺陷，優(yōu)化沉積薄膜的質(zhì)量。當(dāng)用395 nm光激發(fā)樣品時(shí)，僅發(fā)現(xiàn)Eu3+位于595 nm附近的躍