Fe的不同摻雜量對(duì)ZnO光致發(fā)光的影響和ZnO-SiO2復(fù)合薄膜結(jié)構(gòu)特性的研究.pdf

1、隨著信息技術(shù)的迅猛發(fā)展,光電子信息材料是本世紀(jì)最受關(guān)注的材料之一。ZnO是一種多功能的半導(dǎo)體材料,激子束縛能高達(dá)60meV,是一種新型的直接帶隙寬帶半導(dǎo)體。ZnO具有優(yōu)異的光學(xué)、電學(xué)及壓電特性,在光探測(cè)器、發(fā)光二極管、電致熒光器件、表面聲波器、透明導(dǎo)電薄膜等諸多領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。
　　ZnO薄膜的制備方法和表征技術(shù)主要有:磁控濺射法、脈沖激光沉積、金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積、溶膠-凝膠法和X射線衍射儀、原子力顯微鏡、紫外分光光度計(jì)、熒

2、光/磷光分光光度計(jì)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。
　　本論文通過射頻磁控濺射方法和射頻反應(yīng)磁控濺射方法進(jìn)一步研究了Fe的不同摻雜量、SiO2的沉積時(shí)間對(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、在研究玻璃襯底,Fe的不同摻雜量對(duì)ZnO薄

3、膜結(jié)構(gòu)的影響中發(fā)現(xiàn),隨著摻雜量的增加,(002)衍射峰的半高寬逐漸增大,晶粒尺寸逐漸減小,c軸方向的晶格常數(shù)逐漸增大。這種現(xiàn)象我們認(rèn)為是Fe的摻入使得晶格發(fā)生紊亂所導(dǎo)致,證明Fe進(jìn)入了ZnO的晶體結(jié)構(gòu)。
　　2、在研究硅襯底,Fe-ZnO薄膜光致發(fā)光(PL)性質(zhì)的研究發(fā)現(xiàn),發(fā)光峰主要有藍(lán)光發(fā)射和綠光發(fā)射,藍(lán)光發(fā)射主要是由于電子從導(dǎo)帶向鋅空位形成的淺受主能級(jí)上的躍遷;綠光發(fā)射是由于電子從氧空位到鋅空位的能級(jí)躍遷及導(dǎo)帶底到氧錯(cuò)位缺陷能

4、級(jí)的躍遷。
　　3、由透射譜和吸收譜分析,Fe-ZnO薄膜在可見光區(qū)的平均透過率為66％,摻雜量為2%Fe的薄膜的禁帶寬度最接近于ZnO的禁帶寬度。
　　4、在研究玻璃襯底,SiO2的沉積時(shí)間對(duì)ZnO薄膜結(jié)構(gòu)中發(fā)現(xiàn),隨著SiO2沉積時(shí)間的增加,沉積時(shí)間為40分鐘的樣品 i擁有最小的半高寬,晶粒尺寸最大,薄膜的應(yīng)力最小。這說明 SiO2緩沖層的加入以及適合的沉積時(shí)間能夠改善 ZnO的結(jié)晶質(zhì)量。由原子力顯微鏡測(cè)試可知:所有樣品的

5、表面粗糙度都小于5nm,說明制備的 ZnO/SiO2的薄膜非常平滑。
　　5、在研究退火溫度對(duì)ZnO/SiO2薄膜結(jié)構(gòu)的影響時(shí),退火溫度為500℃時(shí),樣品i出現(xiàn)了在2θ=31.76°,34.26°,36.27°的較強(qiáng)的(100),(002),(101)的衍射峰,這說明ZnO薄膜出現(xiàn)了多晶結(jié)構(gòu)。與未退火的樣品 i比較,退火后的樣品 i衍射峰的強(qiáng)度大大降低?？傮w說退火后的ZnO薄膜質(zhì)量變差。
　　6、通過對(duì)ZnO薄膜光吸收和透射