本文關(guān)鍵詞：Sol-gel法制備摻雜ZnO薄膜的研究

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【摘要】：ZnO是直接寬禁帶半導體材料,室溫下帶隙寬3.37eV,激子結(jié)合能達到60meV,比GaN高出很多,使其在光電等領(lǐng)域有著可觀的應用前景。要想使ZnO應用在實際生活中,需要解決的問題是實現(xiàn)ZnO的p型摻雜和p-n結(jié)的制備,而且可見光區(qū)的發(fā)光機理,沒有得到大家統(tǒng)一的認可。本文采用溶膠-凝膠的方法制備B單摻、B和N共摻、Na和N共摻ZnO薄膜,考查了不同熱處理溫度以及摻雜濃度等因素對ZnO薄膜的結(jié)晶性、光學性能的影響,本文摻雜N元素的量與Zn的原子比為2.5:100。研究了B單摻雜、B和N共摻雜ZnO薄膜試樣的性能,在不添加水解控制劑時,所配置溶液出現(xiàn)了白色沉淀,但較少量的水解控制劑不會出現(xiàn)白色沉淀,通過XRD衍射分析,適量的水解控制劑有助于摻雜ZnO結(jié)晶性的提高,當水解控制劑乙酰丙酮用量過多,試樣的(002)峰的強度會降低;此外,少量的B摻入和較低的熱處理溫度會使ZnO的結(jié)晶性和光學性能明顯改善。然而,在過高或過低熱處理溫度時,會使ZnO出現(xiàn)更多的缺陷,導致結(jié)晶性下降。通過光致發(fā)光譜的分析,發(fā)現(xiàn)紫外發(fā)光峰強度與ZnO結(jié)晶質(zhì)量成正比,過高的B摻雜濃度還會使ZnO透射性得到提高�？疾榱瞬煌琋a摻雜濃度和熱處理溫度對Na和N共摻ZnO薄膜結(jié)晶性和光學性能的影響。發(fā)現(xiàn)一定量Na的摻入以及適度的熱處理溫度會使ZnO結(jié)晶性和光學性能得到改善,通過XRD衍射分析,當Na與Zn原子比為14:100時試樣有著最好(002)峰擇優(yōu)取向性,過高或過低Na的摻入,會誘發(fā)出更多的缺陷使ZnO結(jié)晶性下降。在700℃熱處理時摻雜ZnO有著最優(yōu)的取向性和結(jié)晶質(zhì)量,過高或過低熱處理溫度同樣會影響薄膜的缺陷濃度導致結(jié)晶質(zhì)量下降。通過光致發(fā)光譜測試,在紫外光區(qū)峰強與最佳摻雜濃度和熱處理溫度成正比關(guān)系,在可見光區(qū)468nm附近的藍光,隨摻入量的升高,略有紅移,并且強度有所增加。700℃熱處理條件下藍光發(fā)光峰較強,當Na摻雜量過高以及較高的熱處理溫度時,位于575nm附近區(qū)域出現(xiàn)黃光。
【關(guān)鍵詞】：溶膠凝膠法 摻雜 ZnO薄膜 半導體
【學位授予單位】：蘭州理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TB383.2
【目錄】：

• 摘要7-8
• Abstract8-10
• 第1章 緒論10-22
• 1.1 研究背景10-13
• 1.1.1 ZnO薄膜的研究現(xiàn)狀10-11
• 1.1.2 ZnO薄膜的應用前景11-12
• 1.1.3 ZnO的晶體結(jié)構(gòu)12
• 1.1.4 ZnO薄膜的光電特性12-13
• 1.1.5 ZnO薄膜的發(fā)光機理13
• 1.2 ZnO薄膜的摻雜特性13-18
• 1.2.1 氧化鋅的n型摻雜14-15
• 1.2.2 氧化鋅的p型摻雜15-18
• 1.3 ZnO薄膜的制備方法及其實驗示例18-21
• 1.4 本論文的目的及研究內(nèi)容21-22
• 第2章 摻雜ZnO薄膜的制備及實驗方法22-31
• 2.1 溶膠凝膠的基本過程22-25
• 2.1.1 溶膠凝膠的形成22-23
• 2.1.2 溶膠的涂覆23
• 2.1.3 溶膠凝膠化23-24
• 2.1.4 凝膠的干燥24
• 2.1.5 干凝膠的熱處理24-25
• 2.2 實驗藥品及儀器設(shè)備25
• 2.3 薄膜的制備25-28
• 2.4 樣品表征方法28-31
• 2.4.1 X射線衍射原理28
• 2.4.2 光致發(fā)光譜分析28-30
• 2.4.3 紫外可見分光光度法30-31
• 第3章 Sol-gel法制備B單摻ZnO薄膜及其性能分析31-39
• 3.1 乙酰丙酮用量對ZnO薄膜結(jié)晶性的影響31-32
• 3.2 熱處理溫度對B摻雜ZnO薄膜結(jié)晶性的影響32-33
• 3.3 熱處理溫度對B摻雜ZnO薄膜光致發(fā)光性的影響33-35
• 3.4 B濃度對ZnO薄膜結(jié)晶性的影響35-36
• 3.5 B濃度對ZnO薄膜光致發(fā)光性的影響36-37
• 3.6 B濃度對ZnO薄膜光透射性的影響37
• 3.7 本章小結(jié)37-39
• 第4章 Sol-gel法制備B和N共摻ZnO薄膜及其性能分析39-46
• 4.1 熱處理溫度對B和N共摻雜ZnO薄膜結(jié)晶性的影響39-40
• 4.2 熱處理溫度對B和N共摻ZnO薄膜發(fā)光性的影響40-41
• 4.3 熱處理溫度對B和N共摻ZnO薄膜光透射性的影響41-42
• 4.4 H_3BO_3摻入量對B和N共摻ZnO薄膜結(jié)晶性的影響42-43
• 4.5 H_3BO_3摻入量對B和N共摻ZnO薄膜光致發(fā)光性的影響43-44
• 4.6 H_3BO_3摻入量對B和N共摻ZnO薄膜光透射性的影響44-45
• 4.7 本章小結(jié)45-46
• 第5章 Sol-gel法制備Na和N共摻ZnO薄膜及其性能分析46-52
• 5.1 Na摻入量對Na和N共摻ZnO薄膜結(jié)晶性的影響47-48
• 5.2 Na摻入量對Na和N共摻ZnO薄膜光致發(fā)光影響48
• 5.3 熱處理溫度對Na和N共摻ZnO薄膜結(jié)晶性的影響48-50
• 5.4 熱處理溫度對Na和N共摻ZnO薄膜發(fā)光性的影響50-51
• 5.5 本章小結(jié)51-52
• 結(jié)論52-54
• 參考文獻54-58
• 致謝58

【參考文獻】

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本文編號：1003263