Sol-gel法摻雜ZnO薄膜的制備及光電性能研究.pdf

1、ZnO是一種II-VI族化合物半導(dǎo)體材料，具有直接寬帶隙（室溫下3.37eV），屬于六方纖鋅礦結(jié)構(gòu)，在光電、壓電及磁電子等諸多領(lǐng)域都具有優(yōu)異的性能。ZnO具有較高的激子束縛能（60meV），遠(yuǎn)高于其它的寬禁帶半導(dǎo)體材料（如GaN為25meV），較低的電子誘生缺陷和閾值電壓低等優(yōu)點(diǎn)，使其在光電器件領(lǐng)域具有很大的研究?jī)r(jià)值。ZnO的激子在室溫下也是穩(wěn)定的，可以實(shí)現(xiàn)室溫或更高溫度下高效的激子受激發(fā)光，并且具備了發(fā)射藍(lán)光或者紫外光的優(yōu)越條件，有望

2、開(kāi)發(fā)出紫光、綠光、藍(lán)光等多種發(fā)光器件。此外，將ZnO摻入Cd2+、Mg2+等形成半導(dǎo)體合金薄膜，可以達(dá)到隨摻雜組分不同調(diào)控合金薄膜禁帶寬度的目的。
　　本文在總結(jié)了ZnO薄膜研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，采用溶膠-凝膠旋涂技術(shù)分別制備了摻雜Cd和摻雜Mg的ZnO合金薄膜。主要的研究工作和結(jié)果如下：
　　1.采用溶膠-凝膠法，制備了摻雜Cd（≤10at％）和摻雜Mg（≤15at%）的ZnO薄膜。通過(guò) XRD、SEM、EDS等分析薄膜的組織

3、結(jié)構(gòu)、表面形貌和化學(xué)成分，研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)：不同摻雜組分的ZnO薄膜均只有一個(gè)衍射峰(002)，表明制備出來(lái)的ZnO薄膜具有纖鋅礦結(jié)構(gòu)且呈c軸擇優(yōu)取向；當(dāng)摻Cd濃度大于8at%，摻Mg濃度大于9at%時(shí)，薄膜(002)峰明顯減弱。
　　2.使用雙光束分光光度計(jì)測(cè)試薄膜在紫外-可見(jiàn)光范圍內(nèi)的透過(guò)率。結(jié)果表明，薄膜在可見(jiàn)光范圍內(nèi)，平均透過(guò)率在75％左右。隨著Cd摻雜濃度的增加，ZnO薄膜吸收邊逐漸向長(zhǎng)波長(zhǎng)方向移動(dòng)，光學(xué)禁帶寬度也逐漸減小到

4、3.11eV；而摻Mg濃度增加時(shí)，薄膜的吸收邊則發(fā)生藍(lán)移，當(dāng)Mg濃度為15at%時(shí)，薄膜光學(xué)禁帶寬度約為3.45eV。
　　3.使用熒光分光光度計(jì)測(cè)試薄膜在室溫下的光致發(fā)光譜。不同摻雜下ZnO薄膜的PL譜均有非常明顯的紫外發(fā)射峰和藍(lán)光發(fā)光帶。隨著摻Cd和摻Mg濃度的增加，薄膜的紫外峰位分別出現(xiàn)明顯的紅移和藍(lán)移現(xiàn)象，這跟透射譜的結(jié)論一致，進(jìn)一步說(shuō)明摻雜使得ZnO薄膜光學(xué)帶寬發(fā)生變化。
　　4.研究了摻Cd薄膜電阻率的變化。當(dāng)摻