基底與Cu摻雜對ZnO微結(jié)構(gòu)和光學(xué)性質(zhì)的影響.pdf

1、多孔硅是一種多功能半導(dǎo)體材料,氧化鋅具有新異的光學(xué)、電學(xué)及氣敏特性。本文采用電化學(xué)腐蝕法以p型(100)單晶硅為原材料制備了多孔硅樣品,然后以多孔硅,硅和玻璃為襯底采用射頻反應(yīng)磁控濺射技術(shù)在不同Cu摻雜濃度下制備了氧化鋅薄膜。利用X射線衍射、掃描電子顯微鏡、紫外分光光度計、熒光分光光度計、拉曼散射譜和傅里葉轉(zhuǎn)換紅外光譜等幾種表征技術(shù)研究了基底與Cu摻雜對氧化鋅薄膜微結(jié)構(gòu)及光學(xué)特性的影響。研究的主要方向有三個方面:其一,探索機(jī)械性能適合做

2、襯底的發(fā)光特性較好的PS制備流程和參數(shù);其二,Cu摻雜濃度對ZnO/PS納米復(fù)合體系的微結(jié)構(gòu)和光學(xué)性質(zhì)的影響;其三,基底與Cu摻雜對ZnO微結(jié)構(gòu)和光學(xué)性質(zhì)的影響。對應(yīng)的主要發(fā)現(xiàn)如下:
　　1、找到機(jī)械性能適合做襯底的發(fā)光特性較好的PS制備流程和參數(shù):將電阻率為8~13Ω·cm,厚度為390±10μm的P型(100)單晶硅片(單面拋光)先用酸性溶液除去有機(jī)污染物和表面氧化層,再進(jìn)行丙酮,酒精及去離子水超聲波清洗15min,交替清洗3

3、次,清洗完畢用干燥的N2氣吹干后迅速放入真空室,使用射頻磁控濺射技術(shù)在硅片背面沉積Al電極薄膜,480℃真空退火1小時以形成良好的歐姆接觸。電化學(xué)腐蝕法制備多孔硅最后確定的參數(shù)為:電解液的體積配比濃度為HF(40％):C2H5OH(99.7%)=1:1,腐蝕電流密度為15mA·cm-2,腐蝕時間為10min。電化學(xué)腐蝕后的多孔硅用去離子水沖洗干凈,N2氣吹干。
　　2、具有高度C軸擇優(yōu)取向的ZnO/PS和ZnO:Cu/PS納米復(fù)合

4、薄膜在室溫下成功地沉積在了PS襯底上。沉積的方法是射頻反應(yīng)磁控濺射法。X射線衍射譜的測試分析表明Cu摻雜后出現(xiàn)了一些比較弱的其它衍射峰(100),(101),(102)和(110)。隨著Cu摻雜濃度的增加,(002)衍射峰的強(qiáng)度先減小后增強(qiáng)。ZnO:Cu/PS納米復(fù)合薄膜的殘余應(yīng)力由壓應(yīng)力變成了張應(yīng)力。掃描電子顯微鏡發(fā)現(xiàn)Cu摻雜以后表面形貌變得粗糙,晶粒由球形變?yōu)闄E球形。利用光學(xué)吸收譜計算了樣品的光學(xué)帶隙值,發(fā)現(xiàn)Cu摻雜后光學(xué)帶隙值紅移

5、,我們把它歸因于Cu摻雜后ZnO晶格內(nèi)部載流子濃度的減小。通過把源于ZnO的藍(lán)綠光和源于PS的紅橙光相結(jié)合,我們得到了從350到800nm較寬的發(fā)光帶,這有助于發(fā)白光二極管的研究。利用高斯分解的方法,討論了Cu摻雜對ZnO/PS納米復(fù)合薄膜光致發(fā)光譜影響。拉曼散射譜揭示了PS的特征峰和適量的Cu摻雜能促進(jìn)多聲子過程。
　　3、通過射頻磁控濺射法ZnO和ZnO:Cu薄膜在常溫下成功地沉積在PS,Si和玻璃襯底上。X射線測試分析表明Z

6、nO和ZnO:Cu薄膜具有C軸擇優(yōu)取向,晶粒尺寸的范圍11.4~17.6nm,不同襯底上的ZnO和ZnO:Cu薄膜均為壓應(yīng)力。傅里葉轉(zhuǎn)換紅外譜的1067cm-1吸收峰是橫向光學(xué)膜的非對稱振動,證實(shí)了Si-O-Si伸縮振動。拉曼散射譜中E2(high)模進(jìn)一步證實(shí)了樣品中的殘余應(yīng)力為壓應(yīng)力。光學(xué)透射和吸收譜說明了Cu摻雜以后光學(xué)帶隙值朝長波方向移動。光致發(fā)光譜顯示沉積在Si和玻璃襯底上的ZnO和ZnO:Cu薄膜三個主要的發(fā)光中心位于416