氧化鋅薄膜光學(xué)和光電導(dǎo)特性的研究.pdf

1、ZnO是寬帶隙半導(dǎo)體材料，具有優(yōu)良的光學(xué)和電學(xué)性質(zhì)，廣泛應(yīng)用于紫外發(fā)射器件、紫外激光器件和紫外探測器等領(lǐng)域。本論文采用KrF準分子脈沖激光沉積技術(shù)制備薄膜，系統(tǒng)的研究了ZnO薄膜的制備、光學(xué)和光電導(dǎo)的特性。 論文的主要內(nèi)容有： 1.改變襯底溫度和氣氛氧壓強，在Si襯底上生長了ZnO薄膜，測量了襯底溫度為400℃，氧壓為10-3Pa-10Pa樣品的光致發(fā)光(PL)光譜和X射線衍射(XRD)譜，結(jié)果表明，生長溫度為400℃，

2、氧壓取10-2Pa時，紫外發(fā)射最強；高溫(700℃)、高氧壓(10Pa-100Pa)生長條件制備ZnO薄膜的結(jié)果表明，溫度為700℃，氧壓取100Pa時，紫外發(fā)射最強。我們得出結(jié)論：氧壓和襯底溫度對ZnO的光學(xué)性質(zhì)均有重要影響，制備紫外發(fā)射較強的ZnO薄膜，若提高襯底溫度，生長氣氛氧壓也要相應(yīng)增大。進一步分析發(fā)現(xiàn)，當生長溫度為400℃，氧壓取10-1Pa時，薄膜晶體質(zhì)量最高，而氧壓取10-2Pa時，紫外發(fā)射最強。兩者氧壓不同，說明ZnO

3、薄膜的紫外發(fā)射強度不僅與晶體質(zhì)量相關(guān)，還與薄膜的化學(xué)配比相關(guān)。 2.分析了ZnO薄膜中的缺陷對深能級發(fā)射(DL)峰位和強度的影響。(1)DL發(fā)射包括三個發(fā)射帶：470nm的藍光發(fā)射帶、515nm和540nm的綠光發(fā)射帶、609nm的紅光發(fā)射帶。(2)一般認為，DL發(fā)射強度與UV發(fā)射強度相關(guān)，UV發(fā)射減弱時DL發(fā)射增強。本實驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)，隨著氧壓的增大，二者的變化趨勢一致，DL發(fā)射隨著UV發(fā)射的減弱有所降低。我們認為，一方面，缺陷的

4、增加使晶體中缺陷能級增多，增強DL發(fā)射強度；另一方面，當ZnO晶體中存在缺陷，缺陷的引入使缺陷周圍原子的平衡位置發(fā)生或多或少的移動，引起晶格弛豫，導(dǎo)致局域態(tài)電子發(fā)生多聲子無輻射復(fù)合，降低DL發(fā)射強度。 3.選擇合適的生長條件，在玻璃襯底上沉積了ZnO薄膜，制備了夾層式電極與平面式電極紫外探測器，研究了探測器結(jié)構(gòu)對光響應(yīng)特性的影響。樣品的瞬態(tài)光電流譜表明，利用ITO作為表面電極制備夾層式電極紫外探測器，電極間距(即ZnO膜的厚度)