磁控濺射制備ZnO及Ag摻雜ZnO納米薄膜的結(jié)構(gòu)及其光學(xué)特性研究.pdf

1、隨著信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，用光代替電子作為信息的載體，加快信息的傳遞速度，已成為光通訊技術(shù)和光電子計(jì)算機(jī)發(fā)展的必然趨勢(shì)。光電子信息材料是本世紀(jì)最受關(guān)注的材料之一。在光電子學(xué)、光化學(xué)、微電子學(xué)等領(lǐng)域，ZnO 必將成為未來半導(dǎo)體材料研究中最具前景的材料之一。ZnO 薄膜的結(jié)構(gòu)及其光學(xué)特性強(qiáng)烈的依賴于制備條件，例如襯底溫度、沉積方法、工作氣壓、濺射氧分壓及襯底類型等。
　　 本論文中，為了系統(tǒng)的研究制備條件對(duì)ZnO納米薄膜顯微結(jié)構(gòu)及其光

2、學(xué)特性的影響，用射頻反應(yīng)磁控濺射技術(shù)在玻璃襯底上制備出了八個(gè)具有c 軸高擇優(yōu)取向的ZnO 薄膜樣品(T1，T2，T3，T4，P1，P2，P3，P4，P5，其中T4與P2 同)，應(yīng)用X 射線衍射儀、紫外—可見分光光度計(jì)、掃描探針顯微技術(shù)、熒光分光光度計(jì)關(guān)于襯底溫度、氧分壓對(duì)于ZnO 薄膜樣品結(jié)構(gòu)及其光學(xué)特性的影響作了詳細(xì)的分析研究。
　　 結(jié)構(gòu)分析部分研究結(jié)果表明，所制備樣品的半高寬、晶粒尺寸作為襯底溫度以及氧分壓的函數(shù)時(shí)表現(xiàn)出規(guī)

3、律性的變化；合適的襯底溫度以及濺射氧分壓有利于提高ZnO薄膜的結(jié)晶質(zhì)量；當(dāng)工作氣壓恒定時(shí)，用射頻反應(yīng)磁控濺射制備的ZnO薄膜的生長(zhǎng)行為主要取決于成膜空間中氧的密度。
　　 對(duì)8個(gè)樣品進(jìn)行光吸收譜測(cè)量，觀察到薄膜在紫外區(qū)顯示出較強(qiáng)的光吸收，在可見光區(qū)的平均透過率達(dá)到90﹪以上。隨著襯底溫度的升高，薄膜的光學(xué)帶隙減小、吸收邊紅移；隨著氧分壓的不斷增大，五個(gè)薄膜樣品的光學(xué)帶隙表現(xiàn)出不同的實(shí)驗(yàn)值。采用量子限域模型對(duì)薄膜的光學(xué)帶隙作了相應(yīng)

4、的理論計(jì)算，計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)擬合值符合得較好。這也表明ZnO納米晶粒較小時(shí)，薄膜光學(xué)帶隙的變化與量子限域效應(yīng)有很大關(guān)系。
　　 在室溫下測(cè)量四個(gè)樣品（T1，T2，T3，T4）的光致發(fā)光譜(PL)，觀察到波長(zhǎng)位于400nm左右的紫光、446nm左右的藍(lán)色發(fā)光峰及502nm左右微弱的綠光峰。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，隨襯底溫度升高，樣品的PL譜中紫光及藍(lán)光強(qiáng)度迅速增大，同時(shí)，綠光峰的強(qiáng)度也表現(xiàn)出一定程度的增強(qiáng)。經(jīng)分析得出紫光應(yīng)是激子發(fā)光所致，而鋅填隙

5、則是引起藍(lán)光發(fā)射的主要原因，502nm左右的綠光峰應(yīng)該是氧的深能級(jí)缺陷造成的，并結(jié)合對(duì)樣品吸收譜的擬合結(jié)果作了進(jìn)一步的驗(yàn)證。
　　 此外，采用射頻反應(yīng)磁控濺射法在玻璃襯底上制備出含銀量不同的銀摻雜ZnO 薄膜，利用X 射線衍射儀、紫外分光光度計(jì)及熒光分光光度計(jì)研究了不同Ag 摻雜量對(duì)ZnO 薄膜結(jié)構(gòu)及熒光發(fā)射的影響。在室溫下測(cè)量樣品的光致發(fā)光譜(PL)，所有樣品都出現(xiàn)了468nm 左右的藍(lán)色發(fā)光峰，摻雜以后的樣品觀察到波長(zhǎng)位于3