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ZnO是一种宽带隙半导体材料,室温下它的禁带宽度为3.37eV,激子束缚能高达60meV。在光电器件、透明导电薄膜、气体传感器和太阳能电池窗口材料等方面有着广泛的应用。本文主要研究了ZnO薄膜的结构和形貌,并利用ZnO薄膜作为敏感元件制作光纤温度传感器。本论文的主要内容和结果如下:
本文利用电子束蒸发技术在蓝宝石衬底生长了高质量的znO薄膜,其表面结构和形貌是分别利用XPD和AFM进行检测分析。实验发现ZnO薄膜生长温度在250℃时,蒸镀在蓝宝石衬底上的ZnO薄膜表面平整光滑、致密性好、具有高度的c-轴择优取向。透射光谱测试结果显示,ZnO薄膜具有陡峭的光学吸收边,且经历300℃高温退火后光学吸收边仍基本重合,这表明在光纤端面上的ZnO晶体薄膜具有较好的温度稳定性。同时对透射曲线拟合发现:退火样品的吸收边基本和拟合曲线重合。
根据ZnO薄膜的温变特性,设计了透射型和反射型的光纤温度传感探头,并构建了一套具有较低插入损耗的光纤检测系统用于光学性能分析,并对温度传感器的性能进行了测试。实验发现蒸镀在蓝宝石光纤端面的zn0薄膜在可见波段具有较高的透射率,经历400℃高温退火后光学吸收边仍基本重合。利用透射型光纤传感器测试发现光学吸收边随温度升高向长波长方向非线性移动。