溶胶—凝胶法制备ZnO薄膜及其发光特性研究

来源 :西北大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:ananluo2009
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ZnO是一种新型的直接带隙的宽禁带半导体材料,在信息领域有着重要的应用。和GaN相比,ZnO薄膜具有生长温度低、激子束缚能高(60meV)等优点,理论上在室温下能够实现较强的紫外受激发射,可用来制作各种发光二极管、短波长激光器、发光显示器件、高速光开关和光探测器等光学器件,已成为国内外研究的新热点。 本文采用溶胶-凝胶法旋转涂覆工艺这种简单的制膜方法,在Si(111)和载玻片衬底上制备了ZnO、AZO及MgxZn1-xO薄膜。研究了溶胶体系、各种热处理条件、不同掺杂浓度及激发波长对薄膜结晶质量、发光特性方面的影响,重点探索了在本实验条件下获得高度c轴择优取向性、发光性能较好的ZnO薄膜的制备工艺。实验结合X射线衍射谱对薄膜的生长工艺进行了优化:在Si(111)衬底上,前驱体浓度0.35mol/l、陈化时间96h,预热处理温度250℃、退火温度700℃、退火时的保温时间为2h的条件下,制得了高度c轴择优取向的ZnO薄膜,其半高宽仅为0.36°。原子力显微镜(AFM)分析表明ZnO薄膜具有尺寸均匀的六角形晶粒形貌。透射光谱结果显示载玻片上生长的ZnO薄膜在可见光波段的透射率达到77~87%,薄膜的禁带宽度与ZnO体材料禁带宽度基本相等。采用荧光分光光度计在室温下对ZnO薄膜及掺杂薄膜进行了光致发光测试,在激发光源波长为248nm的条件下均观察到了波长为395nm左右的紫外光发射和较弱的蓝绿光发射。AZO薄膜的紫外峰与ZnO薄膜相比峰位没有变化;MgxZn1-xO薄膜中紫外发光峰向短波长方向移动。
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