Na-Mg共摻雜ZnO薄膜的結(jié)構(gòu)及光學性質(zhì)研究.pdf

1、ZnO是一種具有六方纖鋅礦結(jié)構(gòu)的Ⅱ-Ⅵ族自激活的寬禁帶半導體材料，是P6 mm點群對稱的六角晶系纖鋅礦晶體。室溫下，其帶隙寬度為3.37eV，激子束縛能高達60m eV。ZnO晶體在與c軸垂直的面上具有對稱的彈性和電學性質(zhì)，而在c軸方向擇優(yōu)取向的多晶薄膜具有單晶體似的光電性和壓電性質(zhì)。ZnO薄膜以其優(yōu)良的壓電性能、透明導電性能等使其在諸多領域得到廣泛應用，如太陽能電池、壓電器件、表面聲波器件、氣敏元件。并且憑借其優(yōu)良的紫外發(fā)光特性使其在

2、紫外探測器、LED、LD等領域有著巨大的發(fā)展?jié)摿?。另外ZnO的P型摻雜也是近年來研究的另一個熱點和難點問題。人們往往通過摻雜來提高氧化鋅在發(fā)光管、紫外光探測器、表面聲波器件、壓敏電阻器件等方面的應用。近年來，Ohtomo A等人發(fā)現(xiàn)通過Mg摻雜可調(diào)控ZnO的能帶結(jié)構(gòu)，隨著Mg含量的改變，能隙寬度可由3.37 eV增加到3.87 eV。另外，摻入Ⅰ族元素可實現(xiàn)ZnO的轉(zhuǎn)型。
　　 本論文中，在對ZnO晶體結(jié)構(gòu)、ZnO薄膜的光電和壓

3、電特性、多層薄膜外延生長緩沖層和集成光學上的應用等有了一定認識后，綜合各種ZnO薄膜制備技術的優(yōu)缺點，選取了溶膠-凝膠(sol-gel)方法，以甲醇為溶劑，醋酸鋅(Zn(CH3COO)2.2H2O)、氯化鎂(MgCl2.6H2O)、氯化鈉(NaCl)為初始原料，二乙醇胺為穩(wěn)定劑反應制得溶膠，用旋轉(zhuǎn)涂膜法在普通石英玻璃基體上鍍膜，經(jīng)干燥、預熱處理、退火，最后成功地制備了具有c軸擇優(yōu)取向的均勻、透明的多晶Na-Mg共摻的ZnO薄膜。通過XR

4、D、SEM、PL以及透射光譜的分析，其結(jié)果表明：Na-Mg共摻有利于ZnO薄膜的C軸擇優(yōu)取向生長，并且隨著Na+摻雜濃度的增加，晶粒尺寸先增大后減??；通過比較不同摻雜濃度ZnO薄膜的PL譜，推測發(fā)光中心位于380nm的紫外發(fā)射與ZnO的自由激子復合有關，發(fā)現(xiàn)摻入Mg的確能使ZnO禁帶寬度增大；Na-Mg共摻ZnO薄膜膠系中，薄膜Na0.02Mg0.2Zn0.78O具有比較優(yōu)異的結(jié)晶和光學性能，Na0.04Mg0.2Zn0.76O薄膜PL