ZnO-PS復合體系的微結(jié)構和光學特性.pdf

1、氧化鋅(ZnO)是II-VI族直接帶隙(3.37eV)半導體氧化物材料，ZnO最顯著的特點就是具有高達60meV的激子束縛能，是GaN(25meV)材料的兩倍，遠高于室溫下的熱離化能(26meV)，這使ZnO在室溫或更高溫度下存在激子受激發(fā)射并具有很高穩(wěn)定性，保證了ZnO在室溫低激活能下激子紫外光的發(fā)射。ZnO作為新一代的寬帶隙半導體材料，由于其優(yōu)異的電學、光學、壓電等性能，在發(fā)光二極管、液晶顯示器、太陽能電池、光探測器、聲表面波(SA

2、W)器件等領域中有著廣泛的應用。
　　本文采用電化學陽極氧化法在p型(100)晶向的單晶硅片上制備多孔硅(PS,PorousSilicon)樣品，然后以PS為襯底采用射頻磁控濺射技術在不同氧分壓、不同退火溫度及不同退火氣氛下制備ZnO薄膜。利用X射線衍射(XRD)、掃描電子顯微鏡(SEM)、紫外分光光度計及熒光分光光度計幾種表征技術研究了制備工藝參數(shù)對樣品的微結(jié)構及光學特性的影響。從而為ZnO薄膜的應用提供一些實驗數(shù)據(jù)和理論基礎。

3、主要研究結(jié)果如下：
　　1、X射線衍射(XRD)結(jié)果顯示：所有薄膜呈現(xiàn)出一個主峰和兩個次峰，分別對應于ZnO的(002),(100),(101)晶面，且(002)衍射峰的強度最強。這說明樣品具有六角纖鋅礦結(jié)構，且具有垂直于襯底的c軸擇優(yōu)取向。但由于襯底PS粗糙的表面結(jié)構，衍射峰的半高全寬(FWHM)都較大。另外，在大約2θ=56.6°附近出現(xiàn)了一個微弱的PS峰。結(jié)果顯示樣品的制備工藝參數(shù)對薄膜的結(jié)晶質(zhì)量和內(nèi)部殘余應力有很大的影響。

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　　2、透射吸收譜顯示：所有樣品都具有很高的透過率，說明薄膜的結(jié)晶質(zhì)量比較好。另外，樣品的光學帶隙值隨制備參數(shù)的變化發(fā)生了移動，且基于量子限域模型計算的禁帶寬度帶隙值與XRD計算得到的變化趨勢完全一致。
　　3、熒光分光光度計在室溫下測得的光致發(fā)光譜顯示：所有ZnO/PS納米復合薄膜在可見光區(qū)(400nm-700nm)形成一條寬的光致發(fā)光帶，發(fā)光峰包括發(fā)光中心位于大約440nm(2.81eV)和480nm(2.58eV)處