超聲噴霧熱解法制備氮銦共摻雜氧化鋅薄膜光學(xué)性能的研究.pdf

1、氧化鋅(Zinc oxide，簡(jiǎn)稱(chēng)ZnO)是一種Ⅱ-Ⅵ族寬禁帶氧化物半導(dǎo)體材料。被普遍認(rèn)為是繼GaN材料之后的另外一種優(yōu)秀的光電材料，制備的薄膜被廣泛應(yīng)用于壓敏電阻、氣敏傳感器、體聲波器件、聲表面波器件、透明電極、紫外探測(cè)器等領(lǐng)域。近年來(lái)，ZnO作為寬禁帶半導(dǎo)體光電材料的研究越來(lái)越受到人們的重視。ZnO薄膜具有多項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)，如生長(zhǎng)溫度低，激子結(jié)合能高，受激輻射閥值低等，這些優(yōu)點(diǎn)可以用于開(kāi)發(fā)基于氧化鋅的紫外光探測(cè)器、紫外發(fā)光二極管和紫外激光二

2、極管等光電子器件。利用異質(zhì)結(jié)制作的激光器、電致發(fā)光二極管、光電探測(cè)器等，比同質(zhì)結(jié)制作的同類(lèi)元件的性能優(yōu)越。異質(zhì)結(jié)器件中很重要的步驟是要能夠利用摻雜完成對(duì)半導(dǎo)體帶隙的調(diào)制，以此制備出基于氧化鋅的量子阱、超晶格及相關(guān)的光電器件。
　　本實(shí)驗(yàn)以醋酸鋅水溶液為前驅(qū)體溶液，分別以醋酸銨和硝酸銦為氮(N)源和銦(In)源，使用自制的超聲噴霧熱解系統(tǒng)在石英襯底上制備了純ZnO薄膜，后又在玻璃、石英襯底上制備了氮銦(N-In)共摻雜ZnO薄膜。采

3、用x射線衍射儀(XRD)、掃描電子顯微鏡(SEM)、紫外-可見(jiàn)光光譜儀(UV-Vis Spectrometer)以及透射電鏡等測(cè)試手段，對(duì)ZnO薄膜的結(jié)構(gòu)和性能進(jìn)行了測(cè)試，并根據(jù)測(cè)試結(jié)果研究了各種生長(zhǎng)條件下，如襯底溫度、前驅(qū)物溶液濃度、沉積時(shí)間以及退火條件等工藝參數(shù)對(duì)ZnO薄膜結(jié)構(gòu)和性能的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，適宜的沉積溫度和前驅(qū)體濃度是制備出具有優(yōu)良性能的摻雜氧化鋅薄膜的關(guān)鍵因素。提高襯底溫度有利于制備出C軸擇優(yōu)取向生長(zhǎng)的ZnO薄膜;4

4、50℃時(shí)，可以沉積出高質(zhì)量C軸擇優(yōu)取向的ZnO薄膜;當(dāng)前驅(qū)體溶液濃度從0.02M增加到0.08M，ZnO薄膜的結(jié)晶性能越來(lái)越好，C軸取向性也越來(lái)越明顯;但是過(guò)高的前驅(qū)體溶液濃度和襯底溫度卻會(huì)降低薄膜的致密性。通過(guò)對(duì)紫外-可見(jiàn)光譜的分析，發(fā)現(xiàn)ZnO薄膜的可見(jiàn)光區(qū)的透過(guò)率同ZnO的微觀結(jié)構(gòu)變化有關(guān)。在450℃到500℃，在0.05M前驅(qū)體溶液濃度下制備出的薄膜均勻致密同時(shí)也具有良好的可見(jiàn)光透過(guò)率，可以達(dá)80％以上。在室溫光致發(fā)光譜中檢測(cè)到很