ZnO及V、Al摻雜ZnO薄膜的發(fā)光性能研究.pdf

1、ZnO是一種寬帶隙半導(dǎo)體材料，室溫下帶隙寬度為3.37 eV，激子束縛能高達60 meV，明顯高于室溫下約26 meV的熱動能，從而具有優(yōu)異的紫外發(fā)光性能。ZnO作為新一代抗輻射、高頻、大功率和高密度紫外發(fā)光器件和光探測器件的重要候選材料，引起了人們的廣泛關(guān)注和深入研究。近年來，人們對ZnO薄膜的研究在實驗和理論方面都取得了顯著的進展，但對ZnO綠帶發(fā)射機制研究、生長工藝改進、提高薄膜質(zhì)量和穩(wěn)定性、改善薄膜的發(fā)光性能等方面還需要進一步研

2、究和探討。在ZnO的諸多制備方法中，溶膠一凝膠法具有合成溫度低、原料豐富低廉、化學(xué)計量比較準確、工藝簡單、容易添加摻雜劑和大面積成膜等優(yōu)點而得到了廣泛應(yīng)用。 本論文采用溶膠一凝膠法制備了純的及V、Al摻雜ZnO薄膜，對制各樣品的結(jié)構(gòu)、發(fā)光機理及工藝進行研究，深入探討了制備工藝、樣品后退火處理及摻雜與ZnO薄膜的成膜質(zhì)量和發(fā)光性能之間的關(guān)系，初步探索了發(fā)光性能優(yōu)良的ZnO薄膜的最優(yōu)工藝參數(shù)；并從發(fā)光機理的角度探討了制備過程和摻雜對

3、ZnO薄膜結(jié)構(gòu)與發(fā)光性能的影響。 ZnO薄膜的發(fā)光特性與其結(jié)晶狀況及本征缺陷密度密切相關(guān)，退火改善了薄膜的結(jié)晶質(zhì)量，但較高的退火溫度使樣品的結(jié)晶性提高的同時，也使樣品中的缺陷增多，從而導(dǎo)致與缺陷態(tài)有關(guān)的發(fā)光幾率也相應(yīng)的增加。研究結(jié)果表明，結(jié)晶溫度控制在550℃左右最好。值得注意的是，后退火通入氧氣時綠帶峰的強度相對未通入氧氣的有所降低，紫外發(fā)光峰的強度增大。分析表明由缺陷產(chǎn)生的綠帶峰與Vo和Zni等缺陷的濃度有關(guān)。 未經(jīng)

4、高溫退火時，V的摻入使ZnO結(jié)晶質(zhì)量降低，并引入了發(fā)光焠滅中心，使紫外發(fā)光峰和綠帶發(fā)光峰強度都大幅度降低。V摻雜樣品經(jīng)800℃退火處理后，結(jié)晶質(zhì)量相對未摻雜樣品變好并表現(xiàn)出與未摻V樣品更優(yōu)異的發(fā)光性質(zhì)，即紫外發(fā)光峰的強度高于綠帶發(fā)光峰，說明V摻雜使綠帶發(fā)光峰對應(yīng)的缺陷減少，抑制了綠帶的發(fā)射。另一方面，高溫處理使V摻入引起的焠滅中心減少，輻射復(fù)合率增大從而使紫外發(fā)射效率提高。對Al摻雜ZnO薄膜在Si和石英襯底研究表明，襯底和摻雜濃度對薄