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文檔簡介
1、氧化鋅(ZnO)是一種纖鋅礦結(jié)構(gòu)的寬帶隙II-VI族化合物半導體材料,室溫下的禁帶寬度約為3.37eV,激子結(jié)合能高達60meV,具有優(yōu)異的光學和電學性能,在透明導電薄膜、表面聲波器件、氣體傳感器和光電器件等方面有著廣泛的應用,特別是高質(zhì)量ZnO薄膜室溫紫外受激發(fā)射的實現(xiàn),使其成為紫外激光的重要材料,因此對氧化鋅的研究已成為繼GaN之后寬帶隙半導體研究的又一熱點。本文圍繞飛秒脈沖激光沉積(fsPLD)法制備高質(zhì)量ZnO/Si薄膜而展開研
2、究工作。
首先綜述了ZnO薄膜的制備方法及國內(nèi)外研究狀況,分析了fsPLD法制備ZnO薄膜的特點,提出了一種以fsPLD法制備大面積均勻ZnO/Si薄膜的方法。
其次,詳細研究了fsPLD法制備薄膜的過程中工藝參數(shù)(如襯底溫度、脈沖激光能量、環(huán)境氧氣壓強等)及退火處理對薄膜質(zhì)量的影響,并與納秒脈沖激光沉積(nsPLD)法制備的薄膜進行比較。采用X射線衍射(XRD)、場發(fā)射掃描電鏡(FESEM)、原子力顯微鏡(ATM)
3、、可見-紫外(UV-Vis)透射譜、傅里葉變換紅外譜(FTIR)、光致發(fā)光譜(PL)等對薄膜的結(jié)構(gòu)、形貌特征及光學性能進行表征,得到一系列新結(jié)果。
首次在較低的襯底溫度(80oC)下,以fsPLD法制備出高c-軸取向的薄膜;薄膜的c-軸取向度、晶面間距及可見光透過率在80oC時達到最大值;薄膜的晶粒度隨著襯底溫度的升高而增加;退火后薄膜的取向性變化不大、晶面間距縮小、晶粒度變大,且不同溫度下生長的薄膜退火后晶粒度趨于相等。首次
4、在較低的氧壓(2.0mPa)下,以fsPLD法制備出發(fā)光性能優(yōu)良的薄膜;ZnO薄膜的光致發(fā)光譜主要有紫外發(fā)射帶和可見光發(fā)射帶,紫外發(fā)射是ZnO的本征發(fā)射,可見光發(fā)射與缺陷和雜質(zhì)有關;當氧壓低于1.0mPa時,薄膜除了具有382nm的紫外發(fā)射峰外,還存在很強的410nm的紫光發(fā)射峰,當氧壓增至2.0mPa時,可見光發(fā)射帶變得微弱,當氧壓增至5.0mPa時,可見光發(fā)射帶完全消失,只剩下唯一強而狹窄的376nm的紫外發(fā)射峰,表明可見光發(fā)射與氧
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