兩步法制備摻(氮、磷)ZnO薄膜的研究.pdf

1、ZnO作為一種新型多功能半導(dǎo)體材料，近年來受到多學(xué)科領(lǐng)域科研工作者的親睞，并且在各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域的研究有愈演愈烈的趨勢(shì).對(duì)其制備方法和性能的研究有利于其更好地應(yīng)用于平板顯示、光電器件、光催化器件和傳感器中.本文主要采用磁控濺射和水熱法相結(jié)合的兩步法來實(shí)現(xiàn)五價(jià)元素（氮、磷）對(duì)ZnO薄膜的摻雜，并對(duì)不同條件下制備的樣品進(jìn)行了表面形貌、晶體結(jié)構(gòu)和光學(xué)表征，并對(duì)影響其表面結(jié)構(gòu)和光學(xué)性質(zhì)的因素進(jìn)行了深入研究.得到的主要研究結(jié)果如下:
　　 (

2、1)利用直流磁控濺射技術(shù)制備的ZnO薄膜均具有＜002＞擇優(yōu)取向.隨著磁控濺射時(shí)間的延長(zhǎng)，ZnO在＜002＞方向上的擇優(yōu)生長(zhǎng)先增強(qiáng)后減弱.30分鐘時(shí)＜002＞方向上的擇優(yōu)取向最強(qiáng).薄膜樣品在可見光區(qū)的平均透射率優(yōu)于80％，隨著濺射時(shí)間的延長(zhǎng)薄膜樣品的透射區(qū)域逐漸變窄，并且在濺射時(shí)間為30分鐘時(shí)，平均透射率達(dá)到最小值.
　　 (2)在30分鐘濺射＜002＞擇優(yōu)取向良好的ZnO薄膜樣品上，利用水熱法進(jìn)行氮元素?fù)诫s，水熱摻雜破壞了薄膜

3、表面原本的均勻性和致密性，使得表面顆粒大小不均且有孔洞產(chǎn)生.氮離子摻入到ZnO晶格中使得ZnO(002)衍射峰發(fā)生了明顯的偏移.而且摻雜濃度的提高會(huì)逐漸降低＜002＞擇優(yōu)取向的生長(zhǎng)，水熱反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)，起初降低了＜002＞擇優(yōu)取向但之后該方向的生長(zhǎng)又重新增強(qiáng).
　　 (3)水熱反應(yīng)中存在氮摻雜和刻蝕兩個(gè)過程，其中起初占主導(dǎo)的氮摻雜過程是不利于＜002＞擇優(yōu)取向生長(zhǎng)而之后占主導(dǎo)的刻蝕反應(yīng)正好相反.
　　 (4)氮摻雜系列中

4、，隨著摻雜濃度的提高，ZnO∶N薄膜的吸收帶邊和禁帶隙自由激子發(fā)光中心均先紅移再藍(lán)移，說明水熱反應(yīng)起初在薄膜中引入了較多的缺陷，而后又導(dǎo)致了自由載流子濃度的增加.在488nm附近逐漸出現(xiàn)了氮替代氧引起的藍(lán)綠光發(fā)射波包.
　　 (5)在濺射15分鐘的＜002＞擇優(yōu)取向的ZnO薄膜樣品上，利用水熱法同時(shí)進(jìn)行ZnO的生長(zhǎng)和磷元素的摻雜.水熱反應(yīng)過程中磷酸二氫銨濃度和反應(yīng)時(shí)間對(duì)薄膜表面形貌有很大影響.
　　 (6)隨磷酸二氫銨濃