射频溅射制备铜/镁掺杂氧化锌薄膜的形貌及光学特性

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ZnO是一种新型的Ⅱ-Ⅵ化合物半导体材料,具有较大的室温禁带宽度(3.37eV)和较大的室温激子结合能(60meV)。在大气中不易被氧化,具有高的热稳定性和化学稳定性。它在紫外发光(激光)二极管、薄膜晶体管、紫外探测器、稀磁半导体、气体传感器等领域有广阔的应用前景。ZnO薄膜的制作方法很多,传统方法有:磁控溅射、化学气相沉积(CVD)、溶胶凝胶法、喷雾热解法、热氧化法、分子束外延(MBE)等,新的生长技术如脉冲激光沉积(PLD)、金属有机物化学气相沉积(MOCVD)、原子层外延生长法(ALE)、激光分子束外延(LMBE)等也开始广泛应用。
　　本论文采用射频磁控溅射法直接在玻璃衬底上制备了纯 ZnO和 ZnO:Cu和ZnO:Mg薄膜,为了扩展材料的应用范围并为今后研究作参考,我们测量了薄膜样品的结构、掺杂量等参数,并对其光学性质进行了研究。
　　(1)使用 X射线衍射(XRD)、原子力显微镜(AFM)、扫描电子显微镜(SEM)分别对样品的形貌进行了表征,并对ZnO薄膜的结构进行了应力分析。结果显示:所有样品都呈现出较强的(002)衍射峰,有较好的c轴择优取向。对于ZnO:Cu薄膜,随着Cu掺杂量的增加,薄膜的衍射峰强度逐渐减小,半高宽增大,晶化程度变差。当掺杂量为2at％时,此时薄膜的晶粒最小,结晶程度最差。随着掺杂量继续增加,薄膜的晶化程度提高。但是对于ZnO:Mg薄膜,随着Mg掺杂量的增加,薄膜的半高宽减小,晶化程度变好。当掺杂量为16at%时,薄膜的结晶程度最好,晶粒尺寸最大,随着掺杂量的继续增加,薄膜的晶化程度又有所下降。
　　(2)同时我们对薄膜的光学性质进行了分析,在样品的光致发光(PL)研究中发现:ZnO:Cu薄膜出现有三个发光峰,分别是对应于400nm(紫光),444nm和484nm(蓝光)。 ZnO:Mg薄膜则出现有四个发光峰,分别是对应于356nm和389nm(紫外光),444nm(蓝光),490nm(蓝绿光)。紫峰的存在与激子的存在有极大关系,而蓝光发射主要是由于电子从导带上向锌空位形成的浅受主能级上的跃迁。
　　(3)随着Cu掺杂量的增加,薄膜的带隙宽度Eg随之减小,样品光学带隙值由3.26eV逐渐减小为2.99eV。实验中也发现随着Cu掺杂量的增加,薄膜的透射率也随之减小。而对于ZnO:Mg随着Mg掺杂量的增加,薄膜的带隙宽度Eg随之增大,样品光学带隙值由3.26eV逐渐增大为3.81eV。在可见光区,其平均透过率高达92%以上。

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作者
毛雷鸣;
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作者单位

西北师范大学;

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授予单位西北师范大学;
学科凝聚态物理
授予学位硕士
导师姓名马书懿;
年度 2010
页码
总页数
原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类 TN304.25;TN304.055;
关键词
氧化锌薄膜; 射频磁控溅射; 镁掺杂; 铜掺杂; 表面形貌; 光学特性;

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