ZnO薄膜的制備及前驅(qū)液中稀土離子對ZnO形貌、結(jié)構(gòu)和光學性質(zhì)的影響.pdf

1、ZnO為新型直接寬禁帶半導(dǎo)體材料，其室溫下禁帶寬度為3.37eV，激子束縛能高達60meV。ZnO材料目前在紫外探測、氣敏傳感和機電耦合等領(lǐng)域發(fā)揮了重要作用。眾所周知，材料的結(jié)構(gòu)將對其光學和電學性質(zhì)產(chǎn)生重要影響。研究者們已經(jīng)采用多種生長技術(shù)，制備了不同結(jié)構(gòu)的ZnO材料，并且研究了制備方法和參數(shù)對ZnO材料結(jié)構(gòu)、形貌和光學性質(zhì)的影響。稀土離子摻雜材料在制備光電器件等方面具有重要的應(yīng)用，研究者們將稀土離子摻雜到ZnO中，并研究了稀土離子摻雜

2、后對ZnO薄膜光、電、磁等性質(zhì)的影響。然而，關(guān)于稀土離子對于濕化學法中制備的ZnO薄膜的結(jié)構(gòu)和光學性質(zhì)的影響研究較少。本論文研究了超聲噴霧法制備ZnO薄膜過程中稀土離子對于其結(jié)構(gòu)、形貌和光學性質(zhì)的影響，并分析了原因。具體研究內(nèi)容如下:
　　一、研究了溶液濃度和襯底溫度對超聲噴霧熱解法中制備的ZnO薄膜性質(zhì)的影響。首先研究了溶液濃度對ZnO薄膜制備的影響（保持襯底溫度為500℃），溶液濃度從10mM逐漸增加到200mM。結(jié)果表明，制

3、備的ZnO薄膜均為多晶結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)為團簇狀。室溫光致發(fā)光結(jié)果顯示，所有樣品中均出現(xiàn)了一個位于380nm附近的近帶邊發(fā)射(NBE)峰，和一個位于550-650nm的深能級發(fā)射(DL)峰，其中80mM-110mM溶液濃度條件下制備的ZnO薄膜中的NBE峰發(fā)射最強烈。此外，基于上述實驗，選取了優(yōu)化濃度條件，進行變溫生長實驗，研究了襯底溫度對ZnO薄膜性質(zhì)的影響，襯底溫度從450℃逐漸增加到550℃。當襯底溫度為450℃時，各種濃度的溶液條件下得

4、到的ZnO薄膜均呈現(xiàn)六角片狀結(jié)構(gòu)，而在500℃條件下制備出了團簇狀ZnO薄膜，當襯底溫度升高到550℃時，ZnO薄膜仍然體現(xiàn)為團簇狀，但是團簇中ZnO微結(jié)構(gòu)尺寸變大。
　　二、研究了前驅(qū)液中加入稀土離子Er3+、Yb3+對超聲噴霧熱解法中制備的ZnO薄膜性質(zhì)的影響。實驗表明:加入稀土離子的前驅(qū)液所制備的ZnO薄膜均呈現(xiàn)六角片狀結(jié)構(gòu)。光致發(fā)光譜的測試結(jié)果表明，加入稀土離子的前驅(qū)液所制備出的ZnO的NBE發(fā)射峰位較未加入稀土離子的前驅(qū)

5、液所制備出的ZnO的NBE發(fā)射峰位發(fā)生了藍移。單獨加入Er3+離子的前驅(qū)液中所獲得的ZnO薄膜發(fā)射峰強度較未加入稀土離子的前驅(qū)液所制備出的ZnO的NBE峰發(fā)射強度和NBE/DL比值均有改變;加入Yb3+離子得到的ZnO薄膜的發(fā)光峰強度明顯下降;共同加入Er3+、Yb3+離子生長成功的薄膜雖呈現(xiàn)六角片狀結(jié)構(gòu)，但是得到的ZnO片狀結(jié)構(gòu)的尺寸比單獨加入Er3+時所得到的變小很多，發(fā)生了晶粒細化現(xiàn)象。而X射線能量色散譜測試顯示稀土離子并未摻雜到