氧化锌、二硼化镁薄膜及其异质结的制备与光电性质研究

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本论文工作中,我们采用脉冲激光沉积技术(PulsedLaserDeposition,简称PLD)在熔石英基片上成功地制备了纳米银颗粒掺杂的氧化锌薄膜,研究了掺杂的纳米银颗粒对氧化锌薄膜光学、电学性质的影响。采用脉冲激光沉积技术在熔石英基片上成功地制备了硼掺杂的氧化锌薄膜,实验发现硼掺杂可以很好地改善薄膜的力学性质、提高薄膜硬度,同时保持薄膜透明、导电的特点。用化学气相沉积技术(CVD)制备了优质的c轴择优取向MgB2薄膜,同时结合PLD技术制备出了MgB2/ZnO异质结,研究了MgB2薄膜和MgB2/ZnO异质结的光生伏特效应。本论文的主要内容和结论如下:1.采用PLD技术在熔石英片基底上成功制备出了纳米尺寸的银颗粒掺杂c轴取向ZnO薄膜。扫描电镜观察表明,银颗粒尺寸在几个到十几个纳米范围内,在266nm的紫外激光的照射下,观察到了波长位于414~420nm的紫色光致荧光,通过研究氧化锌薄膜中缺陷能级,我们认为这种紫色荧光可能来自电子由导带向处于禁带中的锌空位能级或者由锌的填隙原子能级向价带的跃迁。 2.分别采用308nm的准分子激光,266、532和1064nm的Nd∶YAG激光照射样品,在所制备的纳米银颗粒掺杂的ZnO薄膜上首次观察到了光生伏特现象。研究认为266、308和532nm激光照射产生的光生伏特效应是由于样品中电子由价带或者深的施主能级向导带跃迁产生了非平衡载流子:电子-空穴对,非平衡载流子电子-空穴对被银颗粒和氧化锌边界处所形成的肖特基势垒所散射而分离,形成载流子的定向移动,从而产生瞬时的光生伏特信号。而1064nm的红外激光照射下产生光生伏特现象,则可能是由于电子在激光的激发下由浅施主杂质(比如H)能级向导带跃迁产生的非平衡载流子电子空穴对产生的。 3.利用等静压结合常规的烧结方法,成功制备出了硼陶瓷靶,用马赛克靶的方法在熔石英片基底上制备出了硼掺杂的氧化锌薄膜。采用纳米压痕的方法测量薄膜的力学性质,发现硼掺杂可以大幅度提高薄膜的硬度,同时保持ZnO薄膜的透明导电的特性。我们在550℃下沉积的薄膜的硬度达到了11.65±1.0GP,是文献报道的最好结果之一。透射电镜观察发现硼元素的掺杂可以改善晶界,从而改善薄膜的力学性能。 4.利用化学气相沉积法,结合后退火技术制备出了高质量的c轴择优取向MgB2薄膜。采用脉宽20ns能量密度为0.3mJ/mm2的308nm紫外激光照射,首次在厚度150nm薄膜的两端观察到了~27mV的光生伏特信号,进一步的研究表明这种光生伏特信号可能是来自于MgB2薄膜热电势的各向异性所导致的热电效应。 5.用脉冲激光沉积法在MgB2薄膜上成功地生长了一层氧化锌薄膜,首次制备出了MgB2/ZnO异质结。采用266、308、532、1064nm以及10.6μm的激光照射所制备异质结,分别观察到了光生伏特现象,重点讨论了红外光产生的光生伏特现象。电压-电流关系测量表明我们所制备的异质结呈现肖特基结特性。
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