直流反應和射頻磁控濺射制備的Al摻雜ZnO薄膜結構和光學特性.pdf

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

2、溫度的要求相對較低且薄膜的附著性好,其成分在一定程度上可控等優(yōu)點而被廣大研究者廣泛采用。
　　本論文通過射頻磁控濺射和直流反應磁控濺射方法研究了相同條件下,不同Al摻雜對ZnO薄膜的結構及光學特性的影響,從而為ZnO薄膜的研究和應用提供一些實驗數(shù)據(jù)和理論基礎。主要研究結果如下:
　　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摻雜量對薄膜結構和光學性質的影響,所有樣品都呈現(xiàn)出較強的(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,薄膜的光學帶隙值先增大,后減小,吸收邊先藍移,后紅移。這與量子限制模型計算結果變化趨勢完全一致。因此量子限制模型可以較好的解釋Al摻雜導致ZnO納米薄膜光學帶隙的變化。
　　2、采用直流反應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構,表面形貌及光學特性。結果表明,未

4、摻雜時ZnO薄膜呈現(xiàn)出較強的(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,結晶較好,是單晶體。摻雜Al原子后,薄膜均出現(xiàn)(100)、(002)、(101)三個峰,呈現(xiàn)出多晶。通過分析薄膜的透射光譜得到,樣品在可見光區(qū)的平均透射率均約在82%以上,薄膜的吸收邊向短波長方向移動。對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薄膜的透射率結果一致。而對未