直流反應(yīng)和射頻磁控濺射制備的Al摻雜ZnO薄膜結(jié)構(gòu)和光學(xué)特性.pdf

1、ZnO是一種新型的直接帶隙寬帶半導(dǎo)體,室溫禁帶寬度約為3.37eV,激子束縛能高達(dá)60meV。在大氣條件下,ZnO具有六方纖鋅礦結(jié)構(gòu)。作為新一代的寬禁帶半導(dǎo)體材料,ZnO具有優(yōu)異的光學(xué)、電學(xué)及壓電特性,在發(fā)光二極管、光探測(cè)器、電致熒光器件、透明導(dǎo)電薄膜、表面聲波器等諸多領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。ZnO薄膜的制備方法主要有:磁控濺射法、分子束外延、金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積、溶膠-凝膠法等。磁控濺射法由于具有設(shè)備簡(jiǎn)單、成本低、易操作、沉積率高、對(duì)基底

2、溫度的要求相對(duì)較低且薄膜的附著性好,其成分在一定程度上可控等優(yōu)點(diǎn)而被廣大研究者廣泛采用。
　　本論文通過(guò)射頻磁控濺射和直流反應(yīng)磁控濺射方法研究了相同條件下,不同Al摻雜對(duì)ZnO薄膜的結(jié)構(gòu)及光學(xué)特性的影響,從而為ZnO薄膜的研究和應(yīng)用提供一些實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和理論基礎(chǔ)。主要研究結(jié)果如下:
　　1、采用射頻磁控濺射法在玻璃襯底上制備了Al-ZnO薄膜,研究了不同Al摻雜量對(duì)薄膜結(jié)構(gòu)和光學(xué)性質(zhì)的影響,所有樣品都呈現(xiàn)出較強(qiáng)的(002)衍射峰

3、,有較好的c軸擇優(yōu)取向。薄膜表面平整光滑,晶界較明顯。薄膜的平均透射率均在85％以上,并隨著Al摻雜量的增加而降低。隨著Al摻雜量的增加,薄膜的光學(xué)帶隙值先增大,后減小,吸收邊先藍(lán)移,后紅移。這與量子限制模型計(jì)算結(jié)果變化趨勢(shì)完全一致。因此量子限制模型可以較好的解釋Al摻雜導(dǎo)致ZnO納米薄膜光學(xué)帶隙的變化。
　　2、采用直流反應(yīng)磁控濺射方法在玻璃襯底上制備出Al摻雜ZnO薄膜,并研究了薄膜的微觀結(jié)構(gòu),表面形貌及光學(xué)特性。結(jié)果表明,未

4、摻雜時(shí)ZnO薄膜呈現(xiàn)出較強(qiáng)的(002)衍射峰,這表明薄膜具有垂直于基底平面較好的c軸擇優(yōu)取向,結(jié)晶較好,是單晶體。摻雜Al原子后,薄膜均出現(xiàn)(100)、(002)、(101)三個(gè)峰,呈現(xiàn)出多晶。通過(guò)分析薄膜的透射光譜得到,樣品在可見(jiàn)光區(qū)的平均透射率均約在82%以上,薄膜的吸收邊向短波長(zhǎng)方向移動(dòng)。對(duì)Al-ZnO薄膜,影響薄膜透射率的是自由載流子,隨著摻雜量的增加,透射率逐漸降低,這與射頻磁控濺射制備Al-ZnO薄膜的透射率結(jié)果一致。而對(duì)未