采用溶膠-凝膠（sol-gel）旋涂法在常規(guī)玻璃襯底上生長(zhǎng)了In摻雜濃度分別為1 at%、2 at%、3 at%、4 at%、5 at%的ZnO薄膜。借助X射線衍射儀（XRD）、掃描電子顯微鏡（SEM）、紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)（UV-Vis）對(duì)樣品的晶粒生長(zhǎng)、結(jié)構(gòu)以及光學(xué)性能進(jìn)行表征。結(jié)果如下:所制備的薄膜均沿（002）方向擇優(yōu)生長(zhǎng),且隨著In³⁺摻雜濃度增加,衍射峰的峰型及半高寬均呈先降低后升高的趨勢(shì);In³⁺摻入后,ZnO薄膜晶粒由原來(lái)的六邊形狀發(fā)展成類似蠕蟲(chóng)狀,同時(shí)粒徑變小且大小不一;與本征樣品相比,摻雜后的ZnO光透過(guò)率提高了10%,且吸收邊向短波長(zhǎng)方向偏移,同時(shí)隨著In³⁺的摻入,薄膜的光學(xué)帶隙值從3.49 eV增加到3.80 eV。當(dāng)In³⁺摻雜濃度為4 at%時(shí),薄膜（002）峰的峰形最為尖銳、峰值最大,晶粒較為均勻、晶格間距更小,光透過(guò)率最高,光學(xué)帶隙值相對(duì)較大為3.77 eV。 

【文章來(lái)源】：光電子·激光. 2020,31(08)北大核心CSCD

【文章頁(yè)數(shù)】：6 頁(yè)

【部分圖文】：

本征ZnO薄膜和IZO薄膜樣品的XRD圖譜

由表1可以看出,In3+的摻入導(dǎo)致了ZnO薄膜(002)晶面間距增大。根據(jù)XRD分析,這是由于摻雜元素In3+與Zn2+的離子半徑存在差異導(dǎo)致的,當(dāng)In3+以替位的方式替換Zn2+摻入到ZnO晶格中后,造成了ZnO薄膜輕微的晶格畸變,晶面的間距因此增加,2θ角也向小角度方向發(fā)生偏移,并且上述現(xiàn)象也進(jìn)一步證實(shí)了In3+是以替位的方式替換Zn2+摻入到ZnO晶格中的。此外,在In摻雜濃度增加的過(guò)程中,(002)衍射峰的半高寬呈現(xiàn)出先降低后升高的趨勢(shì),而薄膜的平均晶粒尺寸變化則是先增大后減小,如圖2所示。當(dāng)In摻雜濃度較低時(shí),In的摻入使薄膜的內(nèi)應(yīng)力增加導(dǎo)致薄膜的位錯(cuò)密度增大;當(dāng)In的摻雜濃度為4.0at%時(shí),薄膜的位錯(cuò)密度最小且薄膜的微應(yīng)變也最小,表明適當(dāng)濃度的In摻雜可以改善薄膜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)特性[18,19]。3.2 薄膜表面形貌分析

圖4是未摻雜和不同In摻雜濃度ZnO薄膜在紫外光區(qū)和可見(jiàn)光區(qū)的透射光譜圖,由圖可以觀察到,In摻雜樣品B1-B5在可見(jiàn)光區(qū)的透過(guò)率十分接近,達(dá)到90%以上,相比于未摻雜樣品A1透射率(80%)明顯增強(qiáng)。由此證明,In的摻雜可以增強(qiáng)薄膜的透過(guò)率。根據(jù)上文SEM分析,In摻入后使得ZnO薄膜的晶粒結(jié)合更為致密,因此減少散射,增加了光透過(guò)率。通過(guò)對(duì)比觀察A1與B1-B5樣品的吸收邊,IZO薄膜均出現(xiàn)了吸收邊藍(lán)移的現(xiàn)象,這一現(xiàn)象表明了IZO薄膜的禁帶寬度發(fā)生了變化。圖5為本征ZnO薄膜和IZO薄膜的(αhγ)2～hυ關(guān)系曲線,通過(guò)使用薄膜測(cè)厚儀分別測(cè)量A1和B1-B5樣品的厚度,并根據(jù)帶隙寬度的計(jì)算方法,繪制而成。對(duì)圖5中曲線采取切線法作圖,分別求得本征ZnO薄膜和IZO薄膜樣品的禁帶寬度,如表2。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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