ZnO薄膜的制備與發(fā)光性能的研究.pdf

1、ZnO是一種寬禁帶半導體材料，為六方晶體(纖鋅礦)結(jié)構(gòu)，與GaN的晶格結(jié)構(gòu)相同。室溫下ZnO的禁帶寬度為3.37 eV左右，激子束縛能為60 meV，是繼GaN之后的又一理想的光電材料。 本文利用直流磁控濺射法制備了表面平滑、結(jié)晶質(zhì)量較好的ZnO薄膜。研究了氧分壓、濺射功率、工作氣壓、基片溫度、氮氣氣氛中退火處理以及摻雜對ZnO薄膜的表面形貌、結(jié)構(gòu)及光學性能的影響，并討論了ZnO薄膜的發(fā)光機制。 隨著基片溫度的升高，氧分

2、壓、濺射功率的增大，ZnO薄膜的結(jié)晶質(zhì)量先得到提高，后又受到破壞；隨著工作氣壓的增加，薄膜的結(jié)晶質(zhì)量下降。ZnO薄膜的透光性受膜厚與薄膜的結(jié)晶質(zhì)量兩個因素的影響，但不同工藝參數(shù)對ZnO薄膜的透光性的影響規(guī)律性似乎不是很強。退火處理能夠明顯改善ZnO薄膜的表面形貌、結(jié)晶質(zhì)量，提高薄膜的透光性。磁性離子Ni、Fe的摻雜均能改善ZnO薄膜的表面形貌與結(jié)晶質(zhì)量，且使薄膜的吸收邊發(fā)生紅移。 ZnO薄膜的發(fā)光特性是本文的研究重點。ZnO薄膜

3、的光致發(fā)光(Photoluminescence，PL)光譜包括400 nm左右的紫外發(fā)光峰和466nm左右的藍色發(fā)光峰。紫外發(fā)光峰是電子從導帶到價帶的躍遷產(chǎn)生的。制備工藝參數(shù)的改變、退火處理以及摻雜都會對紫外發(fā)光峰的峰位和峰強產(chǎn)生影響。藍色發(fā)光峰的峰強也受上述因素的影響，但是峰位幾乎不受影響。并對藍色發(fā)光峰的發(fā)光機理進行了探討。首先利用準化學反應(yīng)方程式討論了隨著氧分壓的增大，ZnO薄膜中六種點缺陷氧空位(V<,o>)，鋅空位(V<,Zn