Na-Mg摻雜ZnO薄膜的Sol-Gel制備與特性的研究.pdf

1、氧化鋅(ZnO)是一種典型的Ⅱ-Ⅵ族寬帶隙化合物半導(dǎo)體材料，屬于六角晶系6mm點群，它的禁帶寬度為3.37eV，激子束縛能為60meV。氧化鋅晶體在c軸垂直面上具有對稱的電學(xué)性質(zhì)和彈性，而在c軸方向擇優(yōu)取向的多晶薄膜具有單晶體似的壓電性和光電性質(zhì)。這些突出的物理特性和平整均勻的表面形貌，使得ZnO薄膜可以廣泛應(yīng)用于集成系統(tǒng)。此外，氧化鋅作為壓電薄膜具有較高的電阻率，在集成光學(xué)上的應(yīng)用則要求有較高的透過率和折射率。為了進一步發(fā)展氧化鋅在發(fā)

2、光管、紫外光探測器、表面聲波器件、壓敏電阻器件等方面的應(yīng)用，人們往往通過摻雜來提高氧化鋅的上述性能。其中，人們發(fā)現(xiàn)在含鋰的Li：ZnO薄膜中再摻入Mg2+離子后，不僅可以增強薄膜的電阻，還可以提高薄膜的相對密度。 本論文中，在充分理解了氧化鋅晶體結(jié)構(gòu)、氧化鋅薄膜的壓電和光電特性、多層薄膜外延生長緩沖層和集成光學(xué)上的應(yīng)用，以及各種氧化鋅薄膜制備技術(shù)的基礎(chǔ)上，選取了溶膠—凝膠方法，在Na-Mg共同摻雜的條件下，于玻璃襯底上制備p-型

3、導(dǎo)電ZnO薄膜。并研究了不同摻雜濃度時系列ZnO薄膜的電學(xué)性質(zhì)和光學(xué)特性，深入探討了溶膠—凝膠旋涂法制備氧化鋅薄膜的工藝特征。 在薄膜結(jié)構(gòu)表征中，運用XRD和SEM手段對樣品的表面形貌和相結(jié)構(gòu)進行了分析。結(jié)果表明：不同濃度的Na-Mg離子，對ZnO薄膜的結(jié)晶效果有很大的影響，合理的摻雜比例能取得良好的c軸取向。摻Na和Mg的氧化鋅薄膜有較好的結(jié)晶度和表面形貌平整度。 同時，運用Hall效應(yīng)測試系統(tǒng)和紫外一可見分光光度計，

4、對Na和Mg摻雜的氧化鋅薄膜的光電性能及能帶結(jié)構(gòu)進行了研究，得出以下結(jié)論：(1)Na-Mg共摻雜實現(xiàn)了ZnO薄膜P型導(dǎo)電，且有良好的導(dǎo)電特性，載流子濃度達到78.0x10ncm-3，電阻率0.57x105Ω·cm。(2)Na-Mg共摻雜的ZnO薄膜在可見光區(qū)域具有良好的透射率，能夠達到90％以上。(3)薄膜的光學(xué)能隙隨著Mg摻雜濃度的增加而增大，是因為薄膜中MgO含量的提高可使MgZnO晶體薄膜的禁帶寬度增大。而隨著Na摻雜濃度的增大薄