(Mg,Co)共摻雜ZnO薄膜的形貌調(diào)控及性能研究.pdf

1、ZnO是一個(gè)有著極大潛力的半導(dǎo)體材料，有許多實(shí)際方面的應(yīng)用，如壓電式轉(zhuǎn)換器、表面聲波器件、光波導(dǎo)管、變阻器、透明導(dǎo)電氧化物、自旋功能器件和紫外光發(fā)射器等。室溫下的禁帶寬度(3.37eV)使其成為一種在紫外或藍(lán)光譜范圍的光激發(fā)性應(yīng)用的候選材料，同時(shí)高的激子束縛能(60meV)允許其在室溫下有著高的激子發(fā)射。最近研究發(fā)現(xiàn)，ZnO通過(guò)摻雜可以獲得一系列的性質(zhì)，包括從金屬到絕緣(n型-p型電導(dǎo))，高透光性，寬帶隙半導(dǎo)體、室溫鐵磁性等。例如通過(guò)M

2、g或Cd的摻雜調(diào)節(jié)帶隙，過(guò)渡金屬(Fe、Co、Ni等)摻雜獲得室溫鐵磁性，摻雜ⅢA族元素獲得n型導(dǎo)電體，摻雜IA和VA族元素獲得P型導(dǎo)電體。
　　 本文用水熱法在ZnO種子層上制備了系列(Mg，Co)共摻雜和單一摻雜的ZnO薄膜樣品，并對(duì)其形貌結(jié)構(gòu)以及光學(xué)和磁學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了研究。主要研究?jī)?nèi)容和成果概括如下：
　　 1、利用水熱法制備了Co和Mg共摻的Zn0.95-xCo0.05MgxO(x=0.05-0.35)薄膜，獲得了

3、單晶納米陣列的薄膜，研究了Mg摻雜對(duì)氧化鋅納米棒結(jié)構(gòu)形貌及光學(xué)和磁學(xué)性質(zhì)上的影響。SEM和XRD分析表明，高濃度的Mg摻雜有助于ZnO納米棒的成核和生長(zhǎng)，導(dǎo)致薄膜形貌的改變。從反射譜和透射譜測(cè)量中看到，改變Mg摻雜含量可以調(diào)節(jié)薄膜的帶隙，而且PL譜僅僅出現(xiàn)了一個(gè)寬的可見(jiàn)光發(fā)射帶。磁性測(cè)量表明所有樣品都具有室溫鐵磁性。
　　 2、系統(tǒng)地研究了反應(yīng)溶液中檸檬酸鈉的加入量對(duì)Zn0.85Co0.05Mg0.10O薄膜結(jié)構(gòu)、形貌、光學(xué)和磁

4、性的影響。SEM圖分析表明，檸檬酸鈉可以對(duì)薄膜的形貌進(jìn)行調(diào)制，從傾斜的納米棒到直立的納米棒再到水平納米片、直立納米片晶。XRD顯示了反應(yīng)溶液中改變檸檬酸鈉的量可以調(diào)節(jié)薄膜的擇優(yōu)生長(zhǎng)方向，實(shí)現(xiàn)從[001]方向經(jīng)[101]方向到[100]方向的演變。從薄膜的透射譜中觀測(cè)到隨著反應(yīng)溶液中檸檬酸鈉的加入量的增加，薄膜的帶隙有增大的趨勢(shì)，說(shuō)明檸檬酸鈉可以促使摻雜劑進(jìn)入ZnO晶格。最后，振動(dòng)樣品磁強(qiáng)計(jì)(VSM)測(cè)量顯示了所有樣品都具有室溫鐵磁性。<

5、br>　　 3、比較分析了(Co，Mg)共摻和Co(或Mg)單一摻雜ZnO納米晶薄膜的結(jié)構(gòu)、光性及磁性質(zhì)，研究了不同摻雜劑對(duì)ZnO薄膜結(jié)構(gòu)和光學(xué)及磁性質(zhì)的的影響。XRD分析表明摻雜元素影響著檸檬酸鈉對(duì)ZnO薄膜生長(zhǎng)方向的調(diào)控作用，Mg元素的摻入阻礙了ZnO晶粒的沿[100]方向的擇優(yōu)生長(zhǎng)以及Co的摻入更加有利于ZnO薄膜沿[100]方向的擇優(yōu)生長(zhǎng)，然而(Mg，Co)共摻比Co或Mg單一摻雜更加有助于ZnO薄膜沿[100]方向擇優(yōu)生長(zhǎng)。