氧化鋅薄膜的制備與場發(fā)射特性研究.pdf

1、氧化鋅薄膜是一種重要的II-VI族寬帶隙半導(dǎo)體薄膜材料,具有較塊體更為優(yōu)異的光、電、磁等性能,可以用來制作場發(fā)射器件、紫外納米激光器、光電探測器、太陽能電池、催化劑、化學(xué)傳感器等.所以,不論在基礎(chǔ)研究還是在實(shí)際應(yīng)用方面,對氧化鋅薄膜的制備、性能、生長機(jī)理及應(yīng)用的研究都具有重要的意義.但是,不同的實(shí)驗(yàn)方法和制備環(huán)境下得到的ZnO樣品形貌多樣、結(jié)晶質(zhì)量不同、物理性質(zhì)差異極其明顯.
　　本論文的主要研究內(nèi)容如下：
　　1.本文通過

2、射頻磁控濺射方法（RF magnetron sputtering）,在高本底真空的環(huán)境下,以不同基底（硅、導(dǎo)電玻璃、摻雜硅基底）和不同的濺射條件制備出了氧化鋅薄膜樣品.
　　2.利用掃描電子顯微鏡（SEM）觀察制備樣品的表面形貌,發(fā)現(xiàn)氧化鋅薄膜的表面表現(xiàn)出良好的均勻性,表面球形突起均勻分布,結(jié)合致密,說明我們得到了結(jié)晶性很好的氧化鋅薄膜.為了更好的鑒別合成樣品的成分并有效的分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),本文理論計(jì)算了具有不同晶體結(jié)構(gòu)的氧化鋅材料的

3、面間距、密勒指數(shù)等物理性質(zhì).利用拉曼（Raman）散射和 X-射線衍射（XRD）等實(shí)驗(yàn)技術(shù),結(jié)合理論模擬的數(shù)據(jù)對樣品進(jìn)行系統(tǒng)的表征,分析不同條件下（如改變基底溫度、濺射時(shí)間、濺射壓強(qiáng)和濺射功率等）制備薄膜樣品的結(jié)晶特性、化學(xué)成鍵等.根據(jù)我們實(shí)驗(yàn)樣品的XRD譜線可以看出,氧化鋅薄膜在（002）方向的表面能是最低的.晶粒的c軸均勻垂直于襯底表面,其他的方向受到抑制,從而形成c軸取向良好的薄膜.
　　3.本文在超高真空環(huán)境下（10-7

4、Pa）對不同氧化鋅薄膜的場發(fā)射特性進(jìn)行測量,探索薄膜樣品的場發(fā)射性能.在本底壓強(qiáng)為2.2×10-4Pa,濺射功率為100W,濺射時(shí)間為20 min,襯底為Si等條件下,通過改變氬氧比（3:1、9:1和12:1）和濺射壓強(qiáng)（0.5、1.0、1.9、2.1和2.5Pa）,制備了薄膜樣品.由實(shí)驗(yàn)測得的I-V曲線可知,氬氧比為3:1、其它濺射參數(shù)相同時(shí)制得的ZnO薄膜樣品的場發(fā)射特性要好于其它薄膜,其閾值電場為7.5V/μm,電場升高到55V/