采用溶膠-凝膠（sol-gel）旋涂法在常規(guī)玻璃襯底上生長了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-可見分光光度計（UV-Vis）對樣品的晶粒生長、結(jié)構(gòu)以及光學性能進行表征。結(jié)果如下:所制備的薄膜均沿（002）方向擇優(yōu)生長,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;In³⁺摻入后,ZnO薄膜晶粒由原來的六邊形狀發(fā)展成類似蠕蟲狀,同時粒徑變小且大小不一;與本征樣品相比,摻雜后的ZnO光透過率提高了10%,且吸收邊向短波長方向偏移,同時隨著In³⁺的摻入,薄膜的光學帶隙值從3.49 eV增加到3.80 eV。當In³⁺摻雜濃度為4 at%時,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,光透過率最高,光學帶隙值相對較大為3.77 eV。 

【文章來源】：光電子·激光. 2020,31(08)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：6 頁

【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致的,當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)象也進一步證實了In3+是以替位的方式替換Zn2+摻入到ZnO晶格中的。此外,在In摻雜濃度增加的過程中,(002)衍射峰的半高寬呈現(xiàn)出先降低后升高的趨勢,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In摻雜濃度較低時,In的摻入使薄膜的內(nèi)應力增加導致薄膜的位錯密度增大;當In的摻雜濃度為4.0at%時,薄膜的位錯密度最小且薄膜的微應變也最小,表明適當濃度的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在可見光區(qū)的透過率十分接近,達到90%以上,相比于未摻雜樣品A1透射率(80%)明顯增強。由此證明,In的摻雜可以增強薄膜的透過率。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,增加了光透過率。通過對比觀察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關系曲線,通過使用薄膜測厚儀分別測量A1和B1-B5樣品的厚度,并根據(jù)帶隙寬度的計算方法,繪制而成。對圖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】：
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