氧化锡及其锑掺杂薄膜的制备、结构和光致发光性质研究

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半导体发光器件在各个领域都有着广泛的应用。随着GaN、ZnSe等宽带隙半导体蓝光发光器件的研制成功,宽带隙半导体发光材料越来越受到人们的重视。氧化锡(SnO2)是一种具有直接带隙的宽禁带半导体材料,其室温禁带宽度约为3.62eV。与其它宽带隙半导体材料相比,SnO2具有更宽的带隙和更高的激子束缚能(室温下为130meV),并且具有制备温度较低、理化性质稳定等特点;SnO2是一种新的具有紫外-紫光及蓝光发光特性的半导体材料,要获得具有稳定发光特性的SnO2薄膜,就需要对SnO2的室温光致发光特性及其发光机理进行深入的研究。 SnO2晶体具有四方金红石结构,其薄膜晶粒一般具有一定的择优取向。本征SnO2晶体因氧缺位的关系而呈现n型半导体的特性,氧空位在禁带中形成的两个施主能级距导带底分别为0.03eV、0.15eV。SnO2的光学带隙约为3.87~4.3eV,这使SnO2薄膜在可见光区域具有较高的透过率;导电性能优良的SnO2薄膜,因其高载流子浓度,使得其在中红外及远红外区域(等离子边约为3.2μm)有很强的反射率。 当前对SnO2材料的光致发光性质的研究不多,主要集中在低温发光性质及纳米材料的发光性质上,其发光机理目前尚不清楚;目前也尚未见其他人有关于SnO2及其掺杂薄膜的室温光致发光性质的研究。 本文分别利用常压化学气相沉积(APCVD)方法以及射频磁控溅射方法制备了SnO2薄膜及其掺锑(Sb)薄膜(SnO2:Sb)。对制备后的样品在不同条件下进行了退火处理。对样品分别进行了x射线衍射谱(XRD)、x射线光电子能谱(XPS)、原子力显微镜(AFM)以及电阻率、透射谱、光致发光谱的测量。 在本文中,采用APCVD方法制备了SnO2薄膜。通过对SnO2薄膜的室温(300K)光致发光谱(PL)测量,首次发现SnO2薄膜在紫外—紫光区域(396nm)存在较强的光致发射峰;在蓝光区域(430nm,530nm)也存在光致发光峰。样品的X射线衍射谱(XRD)测量表明,利用APCVD方法制备的SnO2薄膜为具有四方金红石结构的多晶薄膜;薄膜具有(211)方向的择优取向,并且随着退火
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