MgxZn1-xO合金材料的制備與光學性質(zhì)研究.pdf

1、ZnO是一種重要的半導體材料，在現(xiàn)實生活和科學研究領(lǐng)域都有很重要的應(yīng)用。由于ZnO的禁帶寬度為3.3 eV，室溫下的激子束縛能為60 meV，所以ZnO是制備紫外發(fā)光二極管以及激光器的理想材料。由于Mg2+與Zn2+的離子半徑相近，所以當一定量的Mg2+取代Zn2+時，在ZnO晶體內(nèi)部產(chǎn)生的晶格失配程度很小，并且MgO的禁帶寬度很大(7.7 eV)，可以實現(xiàn)ZnO能帶在3.3-7.7 eV范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)。本論文主要是以MgxZn1-xO

2、合金材料為研究對象，從材料制備的新方法和新思路出發(fā)，通過液相合成法制備了MgxZn1-xO合金材料，實現(xiàn)了ZnO材料的帶隙在一定范圍內(nèi)的連續(xù)可調(diào)。
　　設(shè)計了一種利用離子交換制備MgxZn1-xO合金的液相反應(yīng)路線。實驗中考察了原料中不同的鋅鎂比例、反應(yīng)時間對產(chǎn)物結(jié)構(gòu)和光學性質(zhì)的影響。從產(chǎn)物的紫外吸收譜圖中可以看出，吸收邊變化范圍為390-369 nm，帶隙變化范圍為3.16-3.37 eV。在反應(yīng)過程中存在最佳的反應(yīng)時間使獲得材

3、料的帶隙值最大。
　　采用溶膠-凝膠法合成了MgxZn1-xO粉體材料。通過分析產(chǎn)物的光學吸收譜圖，發(fā)現(xiàn)隨著鎂含量的逐漸增大，產(chǎn)物的紫外光譜吸收邊逐漸藍移，當x=0.7時與純ZnO的吸收邊波長相比較藍移了50 nm左右，帶隙調(diào)節(jié)范圍為3.01-3.41 eV。實驗過程中選取Mg0.5Zn0.5O為目標產(chǎn)物，重點考察了兩種穩(wěn)定劑（二乙醇胺和三乙醇胺）以及穩(wěn)定劑與金屬離子不同配比，退火溫度對產(chǎn)物光學性質(zhì)的影響。發(fā)現(xiàn)當穩(wěn)定劑與金屬離子的

4、比值為1∶1，熱處理溫度為550℃時，相同條件可以得到帶隙值最大的合金材料。
　　利用旋轉(zhuǎn)涂膜的方法合成了MgxZn1-xO(x=0.1-0.4)薄膜，重點考察了不同的熱處理方式對實驗結(jié)果的影響。發(fā)現(xiàn)采用快速熱處理方式(RTA)所獲得薄膜產(chǎn)物的帶隙值要大于采用傳統(tǒng)熱處理方式(CTA)所獲得的薄膜產(chǎn)物，帶隙值相差0.20 eV左右，產(chǎn)物帶隙調(diào)節(jié)范圍為3.15-3.64 eV。同時對比了相同實驗條件下制備的MgxZn1-xO薄膜和其粉