射頻磁控濺射制備摻雜ZnO薄膜及其光吸收性能的研究.pdf

1、ZnO薄膜材料因其優(yōu)異的壓電性能和良好的光電性能在航空航天和通訊業(yè)等方面已得到深入研究和廣泛應(yīng)用.本文在綜述ZnO薄膜研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上,應(yīng)用射頻磁控濺射技術(shù),研究了高C軸取向ZnO薄膜和Sb<,2>O<,3>、CeO<,2>單元及二元摻雜ZnO薄膜的制備工藝.分別采用SEM、EDS、XRD、XPS和紫外可見光分光光度計分析了ZnO薄膜的形貌、化學(xué)成分、結(jié)構(gòu)、電子狀態(tài)和紫外吸收性能.通過改變基片溫度、濺射壓、氬氧比及退火溫度等工藝參數(shù)制備

2、出高C軸取向的ZnO薄膜.根據(jù)SEM觀測發(fā)現(xiàn)薄膜致密,基本無孔洞缺陷;EDS結(jié)果顯示薄膜中的氧含量隨濺射過程中氧氣流量的增大而提高;XRD分析結(jié)果可知,制得的ZnO薄膜C軸擇優(yōu)取向性隨工藝參數(shù)的變化不明顯,晶粒大小為20~40納米,與SEM觀察結(jié)果一致,從而優(yōu)化出磁控濺射的工藝參數(shù).退火熱處理后,薄膜中的殘余應(yīng)力減小,晶粒長大,致密度和均勻性都得到提高.通過紫外吸收譜發(fā)現(xiàn)高C軸取向的ZnO薄膜吸收性能優(yōu)于混晶ZnO薄膜,且經(jīng)過退火熱處理

3、的ZnO薄膜紫外吸收性能也明顯改善.XPS檢測發(fā)現(xiàn)單元摻雜ZnO薄膜中的Zn2p電子束縛能增大,Zn<'2+>失去電子成為施主;XRD結(jié)果表明,Sb<,2>O<,3>摻雜的ZnO呈混晶方式生長,而CeO<,2>摻雜的ZnO仍呈C軸擇優(yōu)取向生長;紫外吸收譜顯示摻雜薄膜的吸收峰發(fā)生藍移,在遠(yuǎn)紫外波段的吸收增強,ZnO的本征吸收峰也增強,且Sb<,2>O<,3>摻雜對ZnO薄膜紫外吸收性能的改善能力優(yōu)于等含量CeO<,2>摻雜的薄膜.Sb<,