Cr摻雜ZnO薄膜的制備與光學性質(zhì)研究.pdf

1、具有纖鋅礦結(jié)構(gòu)的ZnO薄膜是一種性能優(yōu)良的半導體光電器件材料，它在室溫下具有較大的禁帶寬度和激子束縛能，是一種具有很大潛力和應(yīng)用價值的紫外發(fā)光材料，多年來一直受到物理、化學、材料和微電子等研究領(lǐng)域的重視。近年來，人們通過研究發(fā)現(xiàn)，在ZnO半導體薄膜材料中摻入3d磁性過渡族金屬離子，利用載流子控制技術(shù)可使其成為稀磁半導體新型功能材料。ZnO稀磁半導體材料的研究在國際上已受到高度關(guān)注，而此項研究在國內(nèi)則尚處于初始階段，針對目前大部分文獻及報

2、道集中在磁性研究這一現(xiàn)狀，本文系統(tǒng)研究了ZnO:Cr薄膜的晶格結(jié)構(gòu)、表面形貌及光學性能，對發(fā)展ZnO稀磁半導體材料及應(yīng)用具有重要意義。
　　 由于磁控濺射技術(shù)具有操作簡便、反應(yīng)條件可控性等優(yōu)勢，成為常用的ZnO薄膜制備技術(shù)。本研究采用磁控濺射法在載玻片上制備了具有c軸擇優(yōu)取向的ZnO和摻雜濃度分別為2％、3％、5％、6％和7％的ZnO:Cr薄膜，研究了摻雜濃度、襯底溫度、退火溫度以及退火氣氛對薄膜的表面形貌、結(jié)構(gòu)及光學性能的影響

3、。
　　 研究表明：摻雜濃度、襯底溫度、退火溫度以及退火氣氛對薄膜的結(jié)構(gòu)和光學性能都有影響。隨著摻雜濃度的增大，ZnO(002)衍射峰向高角度方向移動，晶面間距減小，晶格常數(shù)c減小，在375 nm和520 nm波長附近分別出現(xiàn)了紫外發(fā)光峰和綠帶發(fā)光峰。紫外光發(fā)射源于自由激子的輻射復合，綠光發(fā)射則源于氧空位和鋅空位的缺陷能級，紫外光和綠光的發(fā)光強度隨著Cr含量的增加而降低，且紫外發(fā)光峰的位置稍有藍移；在襯底溫度為400℃時制備的Z

4、n0.98Cr0.002O薄膜具有較好的結(jié)晶質(zhì)量，襯底溫度對薄膜的吸收邊基本沒有影響；在氧氣中退火時，隨著退火溫度的升高，Zn0.98Cr0.02O薄膜樣品的紫外發(fā)光峰強度變大，綠光峰強度經(jīng)歷了先增強、后減弱的變化過程，這歸因于退火改善了薄膜的結(jié)晶質(zhì)量。ZnO薄膜樣品在空氣中退火時，更有可能產(chǎn)生較多的氧缺陷。因此，在制備ZnO:Cr薄膜時，在O2氣氛下進行600℃高溫退火，可使由氧缺陷造成的綠峰減弱甚至消失，從而獲得ZnO:Cr薄膜的優(yōu)