鉺或硼摻雜ZnO薄膜的制備及其缺陷、光電性能的研究.pdf

1、ZnO是直接寬禁帶半導體，具有3.37eV的禁帶寬度和60 meV的自由激子束縛能，有望實現(xiàn)高效激子發(fā)光，且其資源豐富、制作成本低、無毒、具有很好的熱穩(wěn)定性和化學穩(wěn)定性，可能成為新一代發(fā)光材料，因此，近年來引發(fā)了國內(nèi)外的研究熱潮并取得許多研究成果。但是，目前仍有一些基礎(chǔ)問題需要解決，如：如何獲得性能穩(wěn)定和高質(zhì)量的p型ZnO薄膜；雜質(zhì)的摻入對缺陷的影響規(guī)律等。為此，本文選擇Er、B兩種元素摻雜情況下，摻雜濃度影響ZnO薄膜的缺陷和光電性能

2、的規(guī)律進行研究，論文選題具有重要的實際意義和應(yīng)用價值。
　　本文利用溶膠-凝膠法和磁控濺射法分別制備了 Er摻雜 ZnO(EZO)和 B摻雜ZnO(BZO)薄膜，結(jié)合 X射線衍射、原子力顯微鏡、掃描電鏡、紫外-可見光分光光度計、光電子能譜、光致發(fā)光、霍爾等現(xiàn)代檢測技術(shù)和第一性原理計算，針對Er、B摻雜對ZnO結(jié)構(gòu)、形貌、光電性能、應(yīng)力及本征缺陷的影響開展了一系列的研究工作，得出以下結(jié)論：
　　1.用溶膠凝膠法制備了Er摻雜濃

3、度為0~10 at.％的EZO薄膜，發(fā)現(xiàn)：薄膜的結(jié)晶質(zhì)量總體較好，Er原子成功摻入ZnO中，薄膜厚度約300 nm左右；隨著Er摻雜濃度的升高，EZO薄膜平均晶粒尺寸減小、結(jié)晶質(zhì)量變差，折射率和消光系數(shù)都降低，折射率在1.32~1.67范圍內(nèi)。Er的摻雜濃度達到10 at.%時，由于導帶底雜質(zhì)帶的形成，EZO禁帶寬度有所減小。
　　2.用325nm的激光激發(fā)EZO薄膜可觀察到1.54μm的紅外光，說明EZO薄膜能夠?qū)崿F(xiàn)光的下轉(zhuǎn)換。

4、隨著Er摻雜濃度的升高，PL譜中與氧空位(VO)相關(guān)的綠光發(fā)射強度減小。此外，第一性原理計算結(jié)果顯示，EZO中 VO的形成能隨著 Er摻雜濃度的升高而升高。由此可得出結(jié)論：Er摻雜能夠抑制ZnO中VO的生成。
　　3.用磁控濺射法制備了B摻雜濃度為0~6 at.%的BZO薄膜，低濃度的B摻雜有利于提高ZnO的結(jié)晶質(zhì)量，但當摻雜濃度達4 at.%以上時，結(jié)晶質(zhì)量開始變差。BZO薄膜的透光率都達到90%，在摻雜2at%時得到的薄膜電阻

5、最低(1.58E-3Ωcm)。隨著B摻雜濃度從0 at.%升到6 at.%，薄膜表面顆粒尺寸和表面粗糙度都降低，薄膜的張應(yīng)力從1.431 GPa增加到3.122 GPa，禁帶寬度則從3.28eV增加到3.57eV，獲得了禁帶寬度隨薄膜應(yīng)力線性增加的公式：Eg(eV)=3.304+0.165σ(GPa)。
　　4. XPS結(jié)果顯示，B摻雜后BZO薄膜中Zni和VO的含量增加。隨著B摻雜濃度升高，PL中與Zni和VO相關(guān)發(fā)射峰的強度增