鎂摻雜氧化鋅薄膜的制備及光學(xué)特性分析.pdf

1、氧化鋅(Zinc oxide，簡(jiǎn)稱ZnO)及相關(guān)的Zn(Mg，Cd)O材料體系作為新一代的紫外激發(fā)發(fā)射和發(fā)射激光器件備受關(guān)注。隨著半導(dǎo)體器件的不斷發(fā)展，兩個(gè)亟待解決的問題也相應(yīng)出現(xiàn)，就是P型摻雜及帶隙工程。ZnO激活層作為雙重異質(zhì)結(jié)光激發(fā)材料，相關(guān)的P型摻雜及p-n結(jié)器件近些年已經(jīng)有了很好的進(jìn)展。為了更好的適應(yīng)科學(xué)的進(jìn)展發(fā)揮ZnO薄膜光、電、熱、磁等物理化學(xué)優(yōu)良特性、更大的實(shí)現(xiàn)其潛在價(jià)值，提高氧化鋅在紫外光探測(cè)器、發(fā)光管、表面聲波器件和

2、聲敏壓敏器件上的應(yīng)用成為了研究熱點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)證明摻雜是一個(gè)好方法，通過選擇恰當(dāng)?shù)闹谱鞴に嚭蛽诫s物質(zhì)可以很好的對(duì)其性能進(jìn)行改善。
　　 本文采用了經(jīng)濟(jì)、環(huán)保、條件可控工藝簡(jiǎn)單且適于大面積成膜的超聲噴霧熱解技術(shù)，在石英玻璃襯底上生長(zhǎng)出了純ZnO薄膜、不同襯底溫度下和不同濃度下的ZnMgO合金薄膜，通過掃描電鏡(SEM)、X衍射衍射儀(XRD)、光致發(fā)光譜(PL譜)和透射光譜的表征對(duì)樣品薄膜形貌、微結(jié)構(gòu)及光性能測(cè)試進(jìn)行了系統(tǒng)分析。實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3、表明制備純ZnO薄膜樣品的優(yōu)化條件為：襯底溫度500℃、襯底到噴嘴的距離2.5cm、載氣流速為0.8L/min。在此基礎(chǔ)上制備了不同襯底溫度下(450℃、470℃、500℃、530℃、550℃)的ZnMg0.1O薄膜，其透過率均在80％以上，在450℃到530℃之間，隨著溫度的增大薄膜表面形貌趨于平滑且顆粒均勻，光致發(fā)光譜顯示深能級(jí)發(fā)光也逐漸減小，在530℃情況下出現(xiàn)了明顯的近紫外發(fā)光峰，而當(dāng)溫度增大到550℃時(shí)，薄膜晶粒增大并出現(xiàn)凹凸

4、、結(jié)晶質(zhì)量也相應(yīng)降低，同時(shí)光性能也相應(yīng)下降，因此得出ZnMg0.1O薄膜的最優(yōu)化溫度為530℃。研究Mg摻雜濃度在x=0.05、0.1、0.15、0.2和0.3下的MgxZn1-xO薄膜，測(cè)量結(jié)果表明，隨濃度的增大樣品薄膜晶粒尺寸隨之增大，但表面規(guī)整，其中x=0.2時(shí)MgxZn1-xO薄膜晶粒最為均勻平整，而隨著濃度的增大其結(jié)晶質(zhì)量逐漸降低，當(dāng)達(dá)到0.3時(shí)一度出現(xiàn)了多晶現(xiàn)象。同時(shí)，在x=0.2以下我們可以看到隨著Mg含量的增大，PL譜出

5、現(xiàn)了明顯的藍(lán)移現(xiàn)象，且無明顯的深能級(jí)發(fā)光出現(xiàn)，說明薄膜無明顯的雜質(zhì)和缺陷出現(xiàn)、結(jié)晶質(zhì)量良好，但當(dāng)Mg濃度到達(dá)0.3時(shí)，譜線卻相對(duì)紅移，在本實(shí)驗(yàn)中考慮這有可能是由于Mg含量的增大更多的替代了Zn位或是Zn間隙從而導(dǎo)致出現(xiàn)了多晶現(xiàn)象造成，這也與XRD結(jié)果相吻合。通過透射光譜對(duì)不同濃度下的MgxZn1-xO薄膜的帶隙進(jìn)行計(jì)算得出隨著Mg濃度的增加帶隙展寬，這也在一定程度上的驗(yàn)證了前人的結(jié)果，但是其結(jié)果相對(duì)于PL的帶隙值偏小，考慮是透射譜中反射