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文檔簡介
1、ZnO 是一種新型的直接帶隙寬帶半導(dǎo)體,室溫禁帶寬度約為3.37eV,激子束縛能高達60meV,可以實現(xiàn)室溫紫外激光發(fā)射。在大氣條件下,ZnO 具有六方纖鋅礦結(jié)構(gòu)。作為新一代的寬帶半導(dǎo)體材料,ZnO 具有優(yōu)異的光學(xué)、電學(xué)及壓電特性,在發(fā)光二極管、光探測器、電致熒光器件、透明導(dǎo)電薄膜、表面聲波器等諸多領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。
ZnO 薄膜的制備方法主要有:磁控濺射法、脈沖激光沉積、分子束外延、金屬有機化學(xué)氣相沉積、噴霧熱分解、溶
2、膠-凝膠法等。磁控濺射法由于具有設(shè)備簡單、成本低、易操作、沉積率高、對基底溫度的要求相對較低且薄膜的附著性好,其成分在一定程度上可控等優(yōu)點而被廣大研究者廣泛采用。
本論文通過直流反應(yīng)磁控濺射方法進一步研究了低功率條件下,制備溫度對ZnO 薄膜的結(jié)構(gòu)及光學(xué)特性的影響,從而為ZnO 薄膜的應(yīng)用提供一些實驗數(shù)據(jù)和理論基礎(chǔ)。主要研究結(jié)果如下:
1、在研究Si 襯底,襯底溫度對ZnO 薄膜特性的影響中發(fā)現(xiàn):在RT 到4
3、00℃范圍內(nèi),隨著襯底溫度的升高,所制備樣品的(002)峰半高寬逐漸減小,晶粒尺寸逐漸長大,結(jié)晶性能越來越好。
通過紫外分光光度計對樣品光致發(fā)光特性的研究,我們觀察到440 nm、485nm和527 nm 左右的三個主發(fā)光峰。低功率條件下對制備的ZnO 薄膜的藍光發(fā)射具有很重要的影響。綜合分析得出:440 nm 左右的藍光發(fā)射與Zni 有關(guān),485 nm附近的藍光發(fā)射是由于氧空位形成的深施主能級上的電子躍遷到價帶頂?shù)慕Y(jié)果,
4、而527 nm 左右較弱的綠光發(fā)射主要來源于導(dǎo)帶底到氧錯位缺陷能級的躍遷。生長溫度主要是通過改變薄膜中缺陷種類及濃度而影響著ZnO 薄膜的發(fā)光特性。
2、在研究玻璃襯底,襯底溫度對ZnO 薄膜特性的影響中發(fā)現(xiàn):當(dāng)襯底溫度為300℃時,所制備樣品的(002)衍射峰半高寬度最小,晶粒尺寸最大,結(jié)晶性能最好。合適的襯底溫度有利于提高ZnO 薄膜的結(jié)晶質(zhì)量。
通過對ZnO 薄膜光吸收和透射特性的研究,我們發(fā)現(xiàn):所有樣
5、品在紫外區(qū)都顯示出較強的光吸收;在可見光區(qū),當(dāng)襯底溫度為200℃和300℃時,其平均透過率高達94%以上;這是由于ZnO的能隙比可見光區(qū)的能量高,因此在可見光區(qū)的光吸收主要為自由載流子吸收,而ZnO 薄膜的自由載流子遷移率很高,致使自由載流子吸收系數(shù)很小的結(jié)果。我們還應(yīng)用量子限域模型對ZnO 薄膜的光學(xué)帶隙作了相應(yīng)的理論計算,計算結(jié)果與實驗值符合的很好。
3、在研究玻璃襯底,制備溫度對ZnO 薄膜透射及光吸收特性的影響中發(fā)
6、現(xiàn):
在可見光區(qū),所有樣品都表現(xiàn)出了很高的透過率,其中①室溫和③室溫制備、275℃退火處理這兩個樣品的透過率較好,平均透過率高達90%以上。同時在200nm 到300nm的紫外光波段,ZnO 薄膜表現(xiàn)出了強烈的透射性,透過率都超過100%,尤其是在①③號這兩個樣品中,ZnO 薄膜的透過率較高,都超過了400%,出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因:我們認為可能是濺射功率較低,薄膜缺陷較多,在短波長光激發(fā)下二次發(fā)光的結(jié)果。這只是初步的分析,其
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