Mg,Co共摻雜ZnO薄膜的PLD制備工藝及性能研究.pdf

1、ZnO是Ⅱ-Ⅵ族寬禁帶氧化物半導(dǎo)體材料，屬于六角纖鋅礦結(jié)構(gòu)，具有較大的激子束縛能，可以實(shí)現(xiàn)室溫下的紫外受激輻射。它的化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，帶隙達(dá)到3.37eV，非常適用于短波長(zhǎng)光學(xué)器件，是目前極具發(fā)展?jié)摿Φ碾娮硬牧现?。最近研究發(fā)現(xiàn)，在ZnO中摻雜Mg、Cd 可以改變ZnO的帶隙，將有利于器件的光學(xué)參數(shù)調(diào)制。因此，制備出適合紫外光電器件需要的光學(xué)性能可以調(diào)制的高質(zhì)量ZnO 薄膜有著非常重要的科學(xué)意義和應(yīng)用價(jià)值。
　　 本文利用脈沖激光沉

2、積(PLD)方法在單晶Si(100)襯底上制備出高c 軸取向,其藍(lán)綠發(fā)光峰幾乎被完全抑制，適合紫外光器件的高質(zhì)量MgxZnl-xO 薄膜。文章著重圍繞ZnMgO 薄膜的PLD 制備工藝過(guò)程系統(tǒng)開(kāi)展結(jié)構(gòu)、光學(xué)、磁學(xué)性能改性研究，主要研究?jī)?nèi)容如下：
　　 1、系統(tǒng)研究了利用脈沖激光沉積方法在Si(100)襯底上制備高質(zhì)量Zn1-xMgxO 單晶薄膜的工藝過(guò)程，獲得了高致密度生長(zhǎng)的單晶Zn1-xMgxO 薄膜。
　　 在背景真

3、空度5×10-4 Pa、沉積時(shí)間為40min 條件下，薄膜的紫外發(fā)射峰強(qiáng)度非常高，缺陷發(fā)光峰幾乎被完全抑制，具有良好的可重復(fù)性，適合于光學(xué)器件的應(yīng)用。
　　 2、在有氧條件下，系統(tǒng)研究了氧壓對(duì)Zn1-xMgxO 薄膜樣品結(jié)構(gòu)、光學(xué)和磁學(xué)特性的影響。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，適量的氧氣可以減少晶體缺陷，減小膜的內(nèi)應(yīng)力，提高薄膜的結(jié)晶質(zhì)量。并且發(fā)現(xiàn)，氧壓導(dǎo)致紫外發(fā)光峰移動(dòng)，在0.7Pa 氧壓下，樣品相對(duì)于8Pa 樣品的紫外發(fā)光峰藍(lán)移了5.3nm。我

4、們還研究了氧壓對(duì)磁性的影響，發(fā)現(xiàn)薄膜樣品的飽和磁化強(qiáng)度呈現(xiàn)出先增大后減小的變化。
　　 3、研究了Co，Mg 共摻雜對(duì)ZnO 薄膜磁性的影響，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，隨著Co 含量的增加，薄膜的飽和磁化強(qiáng)度隨之增加。我們認(rèn)為Co2+離子的3d 電子的交換耦合導(dǎo)致了薄膜磁性的增強(qiáng)，這與載流子激發(fā)鐵磁性的交換理論模型是一致的。
　　 4、同時(shí)，我們還系統(tǒng)的研究了氮分壓對(duì)Zn1-xMgxO 薄膜樣品結(jié)構(gòu)、光學(xué)和磁學(xué)特性的影響。X 光衍射譜分