脈沖激光沉積制備ZnO薄膜及其摻雜研究.pdf

1、ZnO具有六角纖鋅礦的晶體結(jié)構(gòu)，是一種直接帶隙的寬禁帶半導(dǎo)體材料，室溫下的帶隙寬度為3．37eV，激子束縛能高達(dá)60meV。由于具有大的束縛能，激子更易在室溫下實(shí)現(xiàn)高效率的激光發(fā)射，是一種適用于在室溫或更高溫度下應(yīng)用的短波長(zhǎng)發(fā)光材料。因此，在平面顯示器、太陽能電池透明電極、氣敏元件等光電子器件領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景，成為半導(dǎo)體領(lǐng)域里的一個(gè)研究熱點(diǎn)。本論文系統(tǒng)地研究了采用KrF準(zhǔn)分子脈沖激光沉積技術(shù)制備ZnO薄膜的工藝和性質(zhì)，用X射線衍射

2、（XRD）、熒光光譜（PL）、掃描電子顯微鏡（SEM）、原子力顯微鏡（AFM）以及霍爾（Hall）測(cè)量等測(cè)試手段對(duì)ZnO的制備工藝和摻雜進(jìn)行了分析。得到以下結(jié)論： 1．在不同襯底溫度下制備了ZnO薄膜，襯底溫度500℃—650℃樣品的XRD結(jié)果表明其都具有c軸取向的生長(zhǎng)特性。隨著襯底溫度的升高，ZnO（002）衍射峰的半高寬減小，薄膜的晶體質(zhì)量有所提高。600℃沉積的樣品表面平整、致密，界面清晰可見。襯底溫度為600℃生長(zhǎng)的樣品

3、具有較強(qiáng)的紫外發(fā)射。 2．在不同的氧氣壓力下生長(zhǎng)了ZnO薄膜，在5Pa—60 Pa氧氣氛圍中生長(zhǎng)的ZnO薄膜c軸擇優(yōu)取向良好。當(dāng)氧氣壓力為25Pa時(shí)，衍射峰最強(qiáng)，薄膜表面形貌清晰，紫外峰強(qiáng)度增大，這可能是由于ZnO薄膜的一些性能與其中的結(jié)構(gòu)缺陷有關(guān)。 3．在不同的激光頻率下生長(zhǎng)ZnO薄膜，在3Hz—20Hz激光頻率中生長(zhǎng)的ZnO薄膜c軸擇優(yōu)取向良好。當(dāng)激光頻率為3Hz時(shí)，薄膜質(zhì)量最好，這可能是因?yàn)榧す忸l率對(duì)ZnO束流到達(dá)

4、生長(zhǎng)表面的時(shí)間間隔產(chǎn)生影響。 4．在不同Al摻雜含量的條件下生長(zhǎng)ZnO薄膜，Al含量為0．2％—3．7％的樣品XRD結(jié)果表明其都具有c軸取向的生長(zhǎng)特性。隨著Al含量的增加，ZnO薄膜的主峰（002）逐漸變?nèi)?。從樣品的霍爾測(cè)試結(jié)果表明當(dāng)Al含量為1．7％時(shí)，AZO的電阻率最低，這可能是由于Al作為施主態(tài)原子的加入引起了載流子濃度的增加，使電阻率降低。然而，當(dāng)Al摻雜含量大于1．7％時(shí)，隨著Al質(zhì)量分?jǐn)?shù)的進(jìn)一步增加，電阻率反而上升，