溶膠-凝膠法制備Zn-,1-x-Mg-,x-O薄膜及其性能研究.pdf

1、氧化鋅是一種Ⅱ-Ⅺ族寬禁帶隙(3.30eV)氧化物半導(dǎo)體材料。具有較大的激子束縛能(～60meV)，可以實(shí)現(xiàn)室溫下的紫外受激輻射，是一種很有前途的紫外光電子器件材料，極具開發(fā)和應(yīng)用價(jià)值，特別是ZnO薄膜紫外激射的發(fā)現(xiàn)，使它成為國內(nèi)外在半導(dǎo)體材料研究中的新熱點(diǎn)。傳統(tǒng)上，ZnO薄膜被廣泛應(yīng)用于聲表面波器件、體聲波器件、氣敏傳感器、壓敏電阻、透明電極、紫外探測(cè)器等領(lǐng)域。近年來，ZnO作為寬禁帶半導(dǎo)體光電材料的研究越來越受到人們的重視。ZnO薄

2、膜有許多優(yōu)點(diǎn)，如生長(zhǎng)溫度低，介電常數(shù)低，機(jī)電耦合系數(shù)大，溫度穩(wěn)定性好，光透過率高，受激輻射閾值低，化學(xué)性能穩(wěn)定等。由于ZnO單晶生長(zhǎng)困難、價(jià)格昂貴、尺寸小(儀有1 cm<'3>大小的單晶)，難以滿足各種應(yīng)用的需要，因此對(duì)各種ZnO薄膜制備技術(shù)的研究和開發(fā)成為ZnO材料及器件應(yīng)用研究的一個(gè)重要方向。目前，比較好的成膜技術(shù)有分子束外延(MBE)和脈沖激光沉積法(PLD)。但成本太高，不能實(shí)現(xiàn)大面積成膜。 本論文采用溶膠-凝膠(Sol

3、-Gel)工藝制備ZnO及ZnMgO合金薄膜，詳細(xì)研究了升溫速率、薄膜厚度、退火溫度等工藝參數(shù)對(duì)薄膜的結(jié)晶質(zhì)量和發(fā)光性能的影響。取得了一些有意義的結(jié)果。主要內(nèi)容如下： 1、采用溶膠-凝膠工藝使用不同的有機(jī)試劑在玻璃襯底上制備了ZnO薄膜，X射線衍射儀(XRD)結(jié)果表明，ZnO薄膜均為纖鋅礦結(jié)構(gòu)。但是使用乙二醇甲醚制備的ZnO薄膜呈現(xiàn)自由生長(zhǎng)的特點(diǎn)；相反，使用聚乙烯純所制備的ZnO薄膜則具有C柱擇優(yōu)取向生長(zhǎng)的特性。 2、室

4、溫下樣品光致發(fā)光光譜的測(cè)量結(jié)果表明，所有的樣品均有兩個(gè)發(fā)射帶，即近帶邊紫外發(fā)射和可見發(fā)射帶。隨退火溫度的升高，樣品的紫外發(fā)射帶增強(qiáng)，可見光發(fā)射逐漸減弱，當(dāng)退火溫度升為600℃時(shí)，紫外發(fā)射最尖銳，幾乎觀察不到可見光發(fā)射。 3、測(cè)量生長(zhǎng)在玻璃基底上的氧化鋅薄膜的吸收光譜，結(jié)果表明：樣品在380 nm附近有一陡峭的吸收邊，所對(duì)應(yīng)的能量值為3.20 eV。ZnO薄膜透射光譜的測(cè)量結(jié)果表明：樣品在可見光波段的平均透過率為85％。

5、4、采用溶膠-凝膠法在玻璃襯底上制備Znl-xMgxO(x=0.1，0.2，0.3，0.4，0.5，0.6，0.7)合金薄膜。XRD衍射測(cè)試表明：在0.1