溶膠—凝膠法制備ZnO薄膜的特性研究.pdf

1、氧化鋅(ZnO)是直接帶隙寬禁帶半導(dǎo)體材料，具有較高的激子束縛能(～60meV)，可以實(shí)現(xiàn)室溫下的紫外受激輻射，在紫外發(fā)射器件等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。同時(shí)薄膜形態(tài)的氧化鋅具有壓電、濕敏、透明導(dǎo)電、光泵浦紫外激射等特性，所以具有廣泛的用途，因此也吸引了國(guó)內(nèi)外大批專家學(xué)者對(duì)它的性質(zhì)進(jìn)行了更為廣泛的研究與探索。同時(shí)也反映了“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)，性質(zhì)決定用途”的必然規(guī)律。 實(shí)驗(yàn)選擇二水合乙酸鋅(Zn(CH3COO)2·2H2O)作為前驅(qū)體，

2、乙二醇甲醚(2-methoxyethano1)作為溶劑，乙醇胺(monoethanolamin)作為穩(wěn)定劑。將一定量的二水合乙酸鋅溶解于乙二醇甲醚中，再加入與二水合乙酸鋅等摩爾的乙醇胺。溶液經(jīng)過(guò)兩個(gè)小時(shí)的充分?jǐn)嚢枰院螅纬射\離子濃度為0.75mol/L的透明均質(zhì)溶膠。本實(shí)驗(yàn)所用試劑均為分析純。 采用旋轉(zhuǎn)涂覆技術(shù)在n-Si(100)襯底上制備ZnO薄膜，每次勻膠結(jié)束都要放在150℃烘箱里面對(duì)樣品進(jìn)行烘干，同時(shí)為了制備較厚一點(diǎn)的薄膜

3、，重復(fù)勻膠五次，使得薄膜厚度達(dá)到200～250m.為了獲得高質(zhì)量、C軸擇優(yōu)取向生長(zhǎng)的ZnO薄膜，對(duì)樣品進(jìn)行了退火處理。通過(guò)改變退火條件提出優(yōu)化參數(shù)。首先退火要在含氧氣氛下進(jìn)行，只有Zn和O的化學(xué)配比達(dá)到1∶1時(shí)結(jié)晶質(zhì)量才能得到提高。其次是控制退火時(shí)間，退火時(shí)間以2小時(shí)為佳，時(shí)間過(guò)長(zhǎng)反而會(huì)導(dǎo)致結(jié)晶取向性再次變差。最后討論了一下退火溫度對(duì)晶體結(jié)晶質(zhì)量的影響，提高退火溫度有助于重結(jié)晶，且最佳退火溫度在500℃左右。 通過(guò)ZnO膠體及其

4、薄膜的光致發(fā)光機(jī)理探究，亦得到一些有益的結(jié)論。ZnO膠體的光致發(fā)光光譜表明：隨著膠體老化時(shí)間的延長(zhǎng)，膠體的紫外峰位發(fā)生了藍(lán)移，紫外區(qū)域的線寬變寬，而可見(jiàn)光區(qū)的線寬則變窄。ZnO薄膜的光致發(fā)光光譜表明：ZnO薄膜在退火后紫外發(fā)光強(qiáng)度較強(qiáng)，而可見(jiàn)光區(qū)的發(fā)光強(qiáng)度相對(duì)較弱。 利用掃描電子顯微鏡觀測(cè)了樣品的表面形貌和側(cè)面形貌。ZnO薄膜的表面非常致密而均勻，側(cè)面可以看到大小分布均勻的ZnO納米顆粒包埋于薄膜之中，且與XRD計(jì)算結(jié)果相吻合。