超聲噴霧熱解法制備摻雜ZnO薄膜光學(xué)性能的研究.pdf

1、氧化鋅(Zinc oxide，簡稱ZnO)室溫禁帶寬度為3.37eV，激子束縛能為60meV。以其優(yōu)越的性能廣泛應(yīng)用于太陽能電池、通信材料和光催化材料中。根據(jù)該領(lǐng)域已有的研究現(xiàn)狀可知，目前的研究重點在實現(xiàn)ZnO的p型導(dǎo)電、ZnO基p-n結(jié)和尋求最佳襯底等方面?，F(xiàn)階段的p型摻雜主要是通過共摻雜的方式來實現(xiàn)，其基本原理是通過金屬元素摻雜來提高非金屬元素摻雜固溶度的方式來實現(xiàn)ZnO的p型摻雜。對p型ZnO摻雜的研究主要集中在電學(xué)性能方面，對于

2、光學(xué)性能的研究相對較少。此外在制備ZnO薄膜的諸多方法中超聲噴霧熱解法以其簡單的操作流程和可調(diào)工藝參數(shù)多的優(yōu)點成為近年來倍受關(guān)注的一種薄膜制備方法。
　　 本文研究的重點是用超聲噴霧熱解法以乙酸鋅為前驅(qū)體溶液來制備ZnO薄膜，并以乙酸銨和硝酸鋁為N源和Al源分別制備了N摻雜及N-Al共摻雜ZnO薄膜。利用掃描電子顯微鏡(SEM)、X射線衍射譜(XRD)、光致發(fā)光譜(PL譜)、紫外可見分光光度計(UV光譜)和霍爾效應(yīng)測試儀分別對制

3、備的薄膜進行了樣品形貌、晶格結(jié)構(gòu)、結(jié)晶質(zhì)量、帶隙寬度和導(dǎo)電類型等光學(xué)和電學(xué)性能的研究。實驗結(jié)果表明在乙酸鋅的濃度為0.3mol/L，乙酸銨的濃度為0.9mol/L，摻雜比為Zn：N=1:3，襯底溫度為500℃，噴嘴到襯底的距離為5cm，氧氣通量為1.6L/min時得到的N摻雜ZnO為六角纖鋅礦結(jié)構(gòu)，結(jié)晶質(zhì)量和光透過率較高，UV光譜和PL譜的測試結(jié)果顯示在該條件制備的N摻雜ZnO有較好的光學(xué)性質(zhì)，光學(xué)帶隙較未摻雜的相比有一定的展寬，但SE

4、M結(jié)果顯示N摻雜后的薄膜表面粗糙程度有所下降。在這個基礎(chǔ)上我們又用濃度為0.05mol/L的硝酸鋁為鋁源制備了N-Al共摻雜ZnO薄膜。測試結(jié)果表明在摻雜比為Zn：N：Al=1:3:0.12，襯底溫度為500℃的條件下得到的薄膜結(jié)晶質(zhì)量較好，光學(xué)帶隙展寬的最多，PL譜也發(fā)生了相應(yīng)的藍移，透過率低于未摻Al的ZnO薄膜，薄膜表面粗糙程度繼續(xù)下降，霍爾效應(yīng)測試結(jié)果表明該摻雜比的薄膜為n型導(dǎo)電，摻雜比為Zn：N：Al=1:3:0.04的樣品光