【摘要】：氧化鋅,是Ⅱ-VI族的重要成員,具有較寬的帶隙(3.37 eV)和較大的激子束縛能(60 meV),在各種技術(shù)領(lǐng)域均有重要的作用,例如:平板顯示器方面、太陽(yáng)能電池、紫外探測(cè)器、短波長(zhǎng)的發(fā)光材料等。各種方法已被用來(lái)制備ZnO薄膜,如分子束外延法(MBE)、磁控濺射法、化學(xué)氣相沉積法、噴霧熱解法、溶膠—凝膠法等。在這些技術(shù)中,由于其諸多優(yōu)點(diǎn),溶膠—凝膠法受到高度關(guān)注,例如低成本、沉積過(guò)程簡(jiǎn)單,易于控制,較低的加工溫度,大面積薄膜的簡(jiǎn)易制造等。本文選擇了溶膠—凝膠旋涂法在玻璃和Si襯底上制備了本征ZnO薄膜、Ga摻雜ZnO薄膜和Ga-Al共摻雜ZnO薄膜,探究了不同制備工藝條件和摻雜量對(duì)薄膜結(jié)晶性能、表面形貌、光透過(guò)性能和光致發(fā)光性能的影響。通過(guò)對(duì)溶膠量和預(yù)處理溫度的探究,先確定了最佳的ZnO薄膜的制備條件:溶膠量為0.4mol/L,預(yù)處理溫度為120℃,退火溫度為500℃,旋涂6層。研究了Ga摻雜量對(duì)ZnO薄膜的影響,Ga的摻入并未改變ZnO的六方纖鋅礦結(jié)構(gòu)。少量Ga的摻入會(huì)使薄膜的晶粒沿c軸擇優(yōu)生長(zhǎng),晶粒尺寸變小,薄膜表面更加光滑平整。但是當(dāng)Ga的摻雜量過(guò)多時(shí),薄膜晶粒的生長(zhǎng)反而受到抑制,表面開(kāi)始出現(xiàn)團(tuán)簇現(xiàn)象,XRD的(002)衍射峰強(qiáng)度也逐漸降低。通過(guò)透過(guò)率的測(cè)試可以分析出,當(dāng)Ga的摻雜量為3at%時(shí),薄膜可見(jiàn)光區(qū)域透過(guò)率最高,達(dá)到85%左右,此時(shí)薄膜的禁帶寬度最大,為3.88eV�？疾炝瞬煌珹l摻雜量對(duì)Ga-Al共摻ZnO薄膜的影響,發(fā)現(xiàn)一定量的Al離子的摻入,會(huì)使薄膜的結(jié)晶性能和光學(xué)性能更加優(yōu)異。通過(guò)XRD的分析,當(dāng)Ga摻雜量為3.0at%、Al摻雜量為2.0at%時(shí),薄膜(100)衍射峰最強(qiáng)。結(jié)合SEM的表征結(jié)果可以看出,適當(dāng)Al離子的摻入可以使薄膜晶粒沿水平方向生長(zhǎng),薄膜表面的晶粒空隙減少,表面平整光滑,提高了薄膜的結(jié)晶質(zhì)量。薄膜的光學(xué)性能通過(guò)透過(guò)率和光致發(fā)光譜來(lái)進(jìn)行考察,測(cè)試發(fā)現(xiàn):隨著Al摻雜量的增加,薄膜透過(guò)率呈先增加后減小的趨勢(shì),薄膜近紫外發(fā)光峰強(qiáng)度先增強(qiáng)后減弱,整體有輕微的藍(lán)移現(xiàn)象,可見(jiàn)光區(qū)域的發(fā)光帶整體減弱。當(dāng)Al的摻雜量為2.0at%時(shí),薄膜在可見(jiàn)光區(qū)域的平均透過(guò)率最高(為92%),禁帶寬度最大(約為3.95eV),并且此時(shí)薄膜的近帶邊發(fā)射峰最強(qiáng),缺陷發(fā)光峰最弱。
【學(xué)位授予單位】：遼寧師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TN304.055
【圖文】：

圖 2.1 溶膠的制備過(guò)程Fig. 2.1 The preparation of the sol雜 ZnO 薄膜的溶膠的配置采取兩種方案。方案 A: Ga 摻雜 ZnO 薄膜中，別為：1.0 at%、2.0 at%、3.0 at%、4.0 at%、5.0 at%；方案 B：Ga-Al 共，Ga 摻雜量為 3.0 at%保持不變，Al 摻雜量分別為：0.5 at%、1.0 at%、

射強(qiáng)度的衍射峰。通過(guò)與 XRD-JCPDS 卡進(jìn)行對(duì)比，就可以測(cè)量出樣品的晶粒結(jié)構(gòu)，從而對(duì)樣品進(jìn)行物相分析、定性分析和定量分析。圖2.2為溶膠凝膠法制備本征ZnO薄膜的XRD圖譜[45]。將圖譜與標(biāo)準(zhǔn)卡對(duì)比，可以發(fā)現(xiàn)常見(jiàn)的本征ZnO的七個(gè)峰，分別為：(100)，(002)，(100)，(102)，(110)，(103)

圖 2.3 ZnO 薄膜的透射光譜Fig.2.3 UV-VIS transmission spectra of the ZnO film圖 2.3 為 ZnO 薄膜的透射光譜，從圖中我們可以看出該 ZnO 薄膜在可見(jiàn)光區(qū)域的透過(guò)率大概在 83%左右，達(dá)到了作為窗口材料的薄膜的標(biāo)準(zhǔn)。通過(guò)紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)還可以測(cè)量出樣品的吸收系數(shù)，并通過(guò)薄膜測(cè)厚儀測(cè)得薄膜的厚度，再根據(jù) Tauc 關(guān)系式：( h )2=A( h -Eg) (2.3)其中 是材料的光學(xué)吸收系數(shù)，A 是常數(shù)， 為入射光的能量，Eg 為薄膜的光學(xué)帶隙。根據(jù)薄膜的透過(guò)光譜和直接帶隙公式做出( h )2— 曲線，可以估算出薄膜的禁帶寬度 Eg。2.3.3 薄膜光致發(fā)光性能的表征光致發(fā)光(PL)是指薄膜經(jīng)過(guò)外界光源的照射

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1 崔瀟文;Ga-Al共摻ZnO薄膜結(jié)構(gòu)和光學(xué)性能的研究[D];遼寧師范大學(xué);2019年

本文編號(hào)：2773060