ZnO及其Eu3+摻雜薄膜的制備與性質研究.pdf

1、作為第三代半導體材料之一的氧化鋅(ZnO)是Ⅱ-Ⅵ族直接寬帶隙半導體，在光電學性質、抗輻照特性及能帶結構等方面具有特殊性能，成為繼SiC和GaN之后的研究熱點。ZnO室溫下禁帶寬度為3.37eV，具有較高的激子結合能(60 me V)，遠大于室溫熱離化能(26 meV)。在室溫下激子復合可以穩(wěn)定存在，其激射閾值比較低，可以實現(xiàn)室溫或更高溫度下高效的受激發(fā)射。這些優(yōu)越的光電性質，使它在熒光粉、光催化、平板顯示器、場發(fā)射器等方面有潛在應用，

2、可用為白光的起始材料。
　　近年來，國內外對ZnO特別是對稀土元素摻雜ZnO的光致發(fā)光材料進行了廣泛的研究。在ZnO薄膜的光致發(fā)光圖譜中，觀察到的發(fā)光峰主要有380 nm的近紫外峰和寬的藍綠發(fā)光峰?？紤]到稀土Eu3+是一種重要的紅光發(fā)光中心，將Eu3+摻雜到ZnO基質中，Eu3+紅光和ZnO基質的藍綠光相疊加，有可能實現(xiàn)單層白光發(fā)射，從而克服多層膜實現(xiàn)白光發(fā)射時導致的晶格適配問題，所以稀土Eu3+摻雜ZnO薄膜成為研究的熱點。

3、r>　　目前，對ZnO薄膜已進行了廣泛的研究，雖然也得到了一些有用的研究成果，但是目前ZnO的結晶質量還尚未達到實用化要求。因此采取有效的方法來提高氧化鋅薄膜的質量，已經(jīng)成為了現(xiàn)代科學研究的一個重要發(fā)展趨向。脈沖激光沉積法(PLD)在制備樣品的過程中除了可以隨時替換靶材料，方便氧化鋅的摻雜外，其設備還可以減少空氣的污染。大量的研究表明退火可以進一步的減少薄膜的應力，在一定程度上可以提高薄膜的發(fā)光強度。
　　現(xiàn)在已經(jīng)有許多制備薄膜的

4、方法，考慮到各種影響因素，本文決定利用脈沖激光沉積(PLD)系統(tǒng)在Si(111)的襯底上生長了稀土Eu3+摻雜ZnO薄膜。為了得到優(yōu)質的材料，把兩種樣品分別在純氧氣氛和真空氣氛中退火。通過樣品的表征，便可以分析出哪種退火氣氛更有利于提高材料質量。實驗中選用Li+作為敏化劑共摻雜，是因為Li+可以起到潤滑劑的作用，使得稀土離子Eu3+能更有效的摻雜到ZnO基質中。借助X射線衍射儀來探討沉積薄膜的結晶問題，XRD圖譜顯示，制備的摻雜薄膜均在

5、著一個尖銳的衍射峰。使用MDI Jade5.0得出ZnO:Eu3+,Li+薄膜的結構參數(shù)，結果顯示，在純氧氣氛中退火的樣品具有較大的晶粒尺寸；可以利用雙軸應變模式分析材料內部的應力，計算結果表明在純氧氣氛中退火的樣品應力較小。在純氧氣氛中退火的樣品的近紫外發(fā)射峰要比真空中樣品的發(fā)射峰要強許多。這說明在純氧氣氛中退火樣品，可以更有效、更充分地去除缺陷，優(yōu)化沉積薄膜的質量。當用395 nm光激發(fā)樣品時，僅發(fā)現(xiàn)Eu3+位于595 nm附近的躍