ZnO薄膜的掺杂及其性质的研究

• 作 者: 金运姜
• 机 构: 中国科学技术大学
• 出 处: 中国科学技术大学
• 发表日期: 2007年期
• 关键词: ZnO薄膜 宽禁带半导体材料 晶体结构 电子结构 Ag掺杂 透明导电薄膜

ZnO作为优异的宽禁带半导体材料，在光电领域的应用前景非常广泛，已经成为近年来研究的热点之一，但仅仅依靠ZnO本身的性质有时难以达到应用的要求和目的，因此人们通过掺杂其它元素的办法去调节和改善ZnO的光电磁各等方面的性能。本论文即主要着眼于ZnO掺杂薄膜的制备及其性质的研究，全文共分为四章。
第一章简要阐述了ZnO的晶体结构性质、电子结构性质、制备方法、器件的制备以及ZnO目前的研究方向和发展趋势。第二章则介绍了我工作期间用到的两种主要设备(PLD和RF溅射)的功能及原理，另外再简要介绍了一些实验中用到的测试手段。
第三章论述的是ZnO掺Ag薄膜的制备及其性质的研究。我们利用PLD的方法，制备了含有不同掺杂含量的ZnO：Ag(0，1和8wt％)。X射线衍射分析显示，由355nm激光制备的薄膜具有明显的铅锌矿结构，这与由1064nm激光制备的ZnO：Ag薄膜有很大的不同。我们认为这种差别是由激光能量密度的差异而造成的。此外，经过退火处理后，PL测试显示1064nm激光沉积的ZnO：Ag薄膜较之未掺杂的样品，紫外发光峰有着极为明显的增强。同样的现象在355nm激光沉积的薄膜中未能发现。通过细致的比较和分析，我们认为这种紫外峰的增强，是由ZnO：Ag薄膜中的纳米Ag颗粒引起的局域表面等离子共振而导致的。
第四章是关于透明导电薄膜的工作。我们利用RF溅射制备了ZnO掺Mg、Ga薄膜，在氢气中退火后，样品的透射谱先蓝移后红移，而电阻率先降后升，其中在氢气中500℃、10分钟退火后的样品拥有最大的禁带宽度(3.78ev)和最小的电阻率(9×10<-4>Ω cm)，并且在350nm的紫外区的透过率超过50％，初步满足紫外透明导电薄膜的要求。