Fe、Ni共摻雜ZnO薄膜的制備和性質(zhì)研究.pdf

1、ZnO是一種寬帶隙的半導(dǎo)體材料，室溫下它的能隙寬度為3.37eV，激子束縛能高達(dá)60meV，具備優(yōu)異的紫外發(fā)光條件，展現(xiàn)出在藍(lán)光及紫外光發(fā)光二極管、激光器和光探測器上的重要應(yīng)用價(jià)值。同時(shí)，根據(jù)理論預(yù)測，過渡金屬摻雜的ZnO可以獲得居里溫度高于室溫的鐵磁性，它可廣泛應(yīng)用于自旋場效應(yīng)晶體管(Spin—FET)、自旋發(fā)光二極管(Spin—LED)等器件，使器件速度更快，體積更小，功耗更低，穩(wěn)定性更好。光學(xué)和磁性這兩個(gè)自由度都有望應(yīng)用在新型的電

2、子信息材料器件之中，因此倍受人們的關(guān)注。 本文采用溶膠—凝膠法(Sol—gel)制備Fe、Ni單摻雜和(Fe，Ni)共摻雜ZnO基稀磁半導(dǎo)體薄膜。利用二水醋酸鋅水解獲ZnO溶膠，經(jīng)過旋涂鍍膜，在不同摻雜情形下制備ZnO薄膜，在大量實(shí)驗(yàn)探索和理論計(jì)算的基礎(chǔ)上，對(duì)樣品光學(xué)特性及磁性行為進(jìn)行了初步的探究和分析。具體工作如下： 首先，采用基于密度泛函平面波贗勢方法(PWP)第一性原理計(jì)算了純凈ZnO、Fe、Ni單摻雜和(Fe，N

3、i)共摻雜ZnO的電子結(jié)構(gòu)和光學(xué)性質(zhì)。從計(jì)算后的總態(tài)密度結(jié)果中發(fā)現(xiàn)，Ni摻雜ZnO具有較大的價(jià)帶和導(dǎo)帶彌散性，Ni和O之間的相互作用比Fe和O之間的相互作用具有更高的共價(jià)性；基于所得的能帶結(jié)構(gòu)和態(tài)密度的分析討論了它們的光學(xué)性質(zhì)，與純凈ZnO相比，F(xiàn)e、Ni單摻雜和(Fe，Ni)共摻雜ZnO的介電函數(shù)虛部在0.46eV左右出現(xiàn)了一個(gè)新峰值；Fe、Ni單摻雜和共摻雜ZnO的吸收光譜均發(fā)生明顯的紅移，并在1.3eV處出現(xiàn)較強(qiáng)吸收峰。與此同時(shí)，

4、實(shí)驗(yàn)方面我們正進(jìn)一步尋找最佳實(shí)驗(yàn)方案，期望能觀察到高強(qiáng)度的發(fā)光。結(jié)合他人的計(jì)算和實(shí)驗(yàn)結(jié)果，我們給出了定性的討論。 其次，采用Sol—gel技術(shù)在玻璃基片上旋涂生長了純凈ZnO、Fe，Ni單摻雜及(Fe，Ni)共摻雜ZnO薄膜．顯微照片及XRD圖譜結(jié)果表明，該方法所制備的ZnO薄膜表面均勻致密，都存在(002)擇優(yōu)取向，具有六角纖鋅礦結(jié)構(gòu)，晶粒尺寸平均在13nm左右．光致發(fā)光(PL)測量表明所有樣品薄膜的PL譜主要由較強(qiáng)的紫外發(fā)光