本文關(guān)鍵詞：鉺或硼摻雜ZnO薄膜的制備及其缺陷、光電性能的研究

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【摘要】：ZnO是直接寬禁帶半導(dǎo)體,具有3.37eV的禁帶寬度和60 meV的自由激子束縛能,有望實(shí)現(xiàn)高效激子發(fā)光,且其資源豐富、制作成本低、無毒、具有很好的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性,可能成為新一代發(fā)光材料,因此,近年來引發(fā)了國內(nèi)外的研究熱潮并取得許多研究成果。但是,目前仍有一些基礎(chǔ)問題需要解決,如:如何獲得性能穩(wěn)定和高質(zhì)量的p型ZnO薄膜;雜質(zhì)的摻入對(duì)缺陷的影響規(guī)律等。為此,本文選擇Er、B兩種元素?fù)诫s情況下,摻雜濃度影響ZnO薄膜的缺陷和光電性能的規(guī)律進(jìn)行研究,論文選題具有重要的實(shí)際意義和應(yīng)用價(jià)值。本文利用溶膠-凝膠法和磁控濺射法分別制備了Er摻雜ZnO(EZO)和B摻雜ZnO(BZO)薄膜,結(jié)合X射線衍射、原子力顯微鏡、掃描電鏡、紫外-可見光分光光度計(jì)、光電子能譜、光致發(fā)光、霍爾等現(xiàn)代檢測技術(shù)和第一性原理計(jì)算,針對(duì)Er、B摻雜對(duì)ZnO結(jié)構(gòu)、形貌、光電性能、應(yīng)力及本征缺陷的影響開展了一系列的研究工作,得出以下結(jié)論:1.用溶膠凝膠法制備了Er摻雜濃度為0~10 at.%的EZO薄膜,發(fā)現(xiàn):薄膜的結(jié)晶質(zhì)量總體較好,Er原子成功摻入ZnO中,薄膜厚度約300 nm左右;隨著Er摻雜濃度的升高,EZO薄膜平均晶粒尺寸減小、結(jié)晶質(zhì)量變差,折射率和消光系數(shù)都降低,折射率在1.32~1.67范圍內(nèi)。Er的摻雜濃度達(dá)到10 at.%時(shí),由于導(dǎo)帶底雜質(zhì)帶的形成,EZO禁帶寬度有所減小。2.用325nm的激光激發(fā)EZO薄膜可觀察到1.54μm的紅外光,說明EZO薄膜能夠?qū)崿F(xiàn)光的下轉(zhuǎn)換。隨著Er摻雜濃度的升高,PL譜中與氧空位(VO)相關(guān)的綠光發(fā)射強(qiáng)度減小。此外,第一性原理計(jì)算結(jié)果顯示,EZO中VO的形成能隨著Er摻雜濃度的升高而升高。由此可得出結(jié)論:Er摻雜能夠抑制ZnO中VO的生成。3.用磁控濺射法制備了B摻雜濃度為0~6 at.%的BZO薄膜,低濃度的B摻雜有利于提高ZnO的結(jié)晶質(zhì)量,但當(dāng)摻雜濃度達(dá)4 at.%以上時(shí),結(jié)晶質(zhì)量開始變差。BZO薄膜的透光率都達(dá)到90%,在摻雜2at%時(shí)得到的薄膜電阻最低(1.58E-3Ωcm)。隨著B摻雜濃度從0 at.%升到6 at.%,薄膜表面顆粒尺寸和表面粗糙度都降低,薄膜的張應(yīng)力從1.431 GPa增加到3.122 GPa,禁帶寬度則從3.28eV增加到3.57eV,獲得了禁帶寬度隨薄膜應(yīng)力線性增加的公式:Eg(eV)=3.304+0.165σ(GPa)。4.XPS結(jié)果顯示,B摻雜后BZO薄膜中Zni和VO的含量增加。隨著B摻雜濃度升高,PL中與Zni和VO相關(guān)發(fā)射峰的強(qiáng)度增大。結(jié)合XPS和PL分析,得出以下結(jié)論:B摻雜能夠促進(jìn)Zni和VO的生成。
【關(guān)鍵詞】：ZnO薄膜 摻雜 缺陷 應(yīng)力 光電性能
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TQ132.41;TB383.2
【目錄】：

• 中文摘要3-4
• 英文摘要4-9
• 1 緒論9-17
• 1.1 引言9-10
• 1.2 ZnO的結(jié)構(gòu)和光電性能10-12
• 1.3 缺陷12
• 1.4 ZnO薄膜的應(yīng)用12-14
• 1.4.1 ZnO透明導(dǎo)電薄膜13
• 1.4.2 發(fā)光器件13
• 1.4.3 紫外探測器13
• 1.4.4 太陽能電池13-14
• 1.5 摻雜ZnO的研究進(jìn)展14-15
• 1.5.1 n型摻雜14
• 1.5.2 p型摻雜14-15
• 1.5.3 稀土摻雜15
• 1.6 本文的研究意義及研究內(nèi)容15-17
• 2 薄膜的制備與表征方法17-25
• 2.1 實(shí)驗(yàn)材料、設(shè)備與制備方法17-18
• 2.1.1 實(shí)驗(yàn)材料17
• 2.1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備17-18
• 2.2 薄膜的制備方法18-20
• 2.2.1 溶膠凝膠法18-19
• 2.2.2 磁控濺射法19
• 2.2.3 化學(xué)氣相沉積法（CVD）19-20
• 2.2.4 分子束外延（MBE）20
• 2.3 表征技術(shù)20-25
• 2.3.1 掃描電子顯微鏡20-21
• 2.3.2 原子力顯微鏡21
• 2.3.3 X射線衍射分析[34]21-22
• 2.3.4 紫外-可見光吸收譜22-23
• 2.3.5 霍爾測試23-24
• 2.3.6 光致發(fā)光譜（PL）24
• 2.3.7 X射線光電子能譜24-25
• 3 Er摻雜對(duì)溶膠凝膠法制備的ZnO的結(jié)構(gòu)、光學(xué)性能和缺陷的影響25-36
• 3.1 引言25
• 3.2 樣品的制備和表征25-26
• 3.3 結(jié)果和討論26-35
• 3.3.1 Er摻雜對(duì)ZnO薄膜結(jié)構(gòu)的影響26-27
• 3.3.2 Er摻雜對(duì)ZnO薄膜形貌的影響27-29
• 3.3.3 Er摻雜對(duì)ZnO薄膜成分的影響29-31
• 3.3.4 Er摻雜對(duì)ZnO薄膜光學(xué)性能的影響31-33
• 3.3.5 Er摻雜對(duì)ZnO薄膜光致發(fā)光的影響33-34
• 3.3.6 Er摻雜對(duì)ZnO薄膜內(nèi)部缺陷的影響34-35
• 3.4 本章小結(jié)35-36
• 4 B摻雜對(duì)磁控濺射法制備的ZnO薄膜結(jié)構(gòu)、光電性能和缺陷的影響36-47
• 4.1 引言36
• 4.2 樣品的制備和表征36-37
• 4.3 結(jié)果和討論37-46
• 4.3.1 B摻雜對(duì)ZnO薄膜結(jié)構(gòu)的影響37-38
• 4.3.2 B摻雜對(duì)ZnO薄膜形貌的影響38-40
• 4.3.3 B摻雜對(duì)ZnO薄膜電學(xué)性能的影響40-41
• 4.3.4 B摻雜對(duì)ZnO薄膜光學(xué)性能的影響，應(yīng)力與光學(xué)帶隙的關(guān)系41-43
• 4.3.5 B摻雜對(duì)ZnO薄膜成分的影響43-44
• 4.3.6 B摻雜對(duì)ZnO薄膜光致發(fā)光的影響44-45
• 4.3.7 B摻雜對(duì)ZnO薄膜缺陷及導(dǎo)電性的影響45-46
• 4.4 本章小結(jié)46-47
• 5 結(jié)論與展望47-49
• 5.1 主要結(jié)論47
• 5.2 本文創(chuàng)新點(diǎn)47-48
• 5.3 后續(xù)工作展望48-49
• 致謝49-50
• 參考文獻(xiàn)50-59
• 附錄59
• A. 作者在攻讀碩士期間發(fā)表的論文目錄59
• B. 作者在攻讀碩士期間參與的科研項(xiàng)目59

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