钨掺杂氧化锌薄膜的结构与光学性能的研究-有色金属科学与工程

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1、钨掺杂氧化锌薄膜的结构与光学性能的研究*许亮，洪瑞金，温和瑞（江西理工大学冶金与化学工程学院，江西赣州341000）摘要：实验采用溶胶-凝胶法在石英玻璃衬底上制备了掺杂不同钨离子浓度氧化锌薄膜。研究了钨离子的浓度变化对氧化锌薄膜结构与光学性能的影响。测试结果表明，钨离子的掺入使氧化锌薄膜的晶体质量得到提高，衍射峰位置向低衍射角度方向移动，导致薄膜的光学带边发生收缩，即产生“红移”现象。随着钨子浓度增加，氧化锌薄膜光致发光强度表现为先增加而后出现浓度淬灭现象。关键词：钨掺杂；氧化锌薄膜；溶胶-凝胶法；光致发光中图分类号：文献标识码：AStudyontheef

2、fectsoftungstendopingonthestructureandopticalpropertiesofZnOthinfilmsLiangXu,RuijinHong,HeruiWenSchoolofMetallurgyandChemicalEngineering,JiangxiUniversityofScienceandTechnology，Ganzhou341000，ChinaAbstract:UndopedandW-dopedzincoxidethinfilmswerepreparedonquartzsubstratesbysol-gelpr

3、ocess.TheeffectsoftungstendopingonthestructureandopticalpropertiesofZnOthinfilmswereinvestigated.TheresultssuggestedthatthecrystallinequalityofZnOthinfilmswasimprovedwiththedopingoftungstenandthepeakpositionwasshiftedtothelowerdiffractionangles.TheopticalbandedgeofW-dopedfilmsshow

4、edared-shiftwiththeincreasingintungstendoping.Moreover,nearbandedgeemissiongraduallyincreasedwithincreaseinWcontent(uptoabout0.5wt%),andthenabruptlydecreasedduetotheconcentrationquenchingeffect.Keywords:w-doping；ZnOthinfilms；sol-gel；photoluminescence.*江西省自然科学基金资助项目（No.2009GZH0037）

5、0引言氧化锌(ZnO)作为一种宽禁带半导体材料，由于具有室温下的带隙宽度为3.37eV,激子束缚能为60meV等优良的光学和电学特性，一直成为研究的热点。该材料在薄膜太阳能电池的透明电极，紫外发光器件,气体和压力传感器,平板显示器等方面具有广泛的应用前景[1-5]。非掺杂ZnO本质上为n型半导体，其电导性主要是晶格中过量的锌形成锌间隙所致，通常表现出很高的电阻率。N型氧化锌可以通过掺入高价金属，以达到较高的载流子浓度。目前普遍采用掺III族元素的铝、镓和铟，以制备性能优良的透明导电氧化物薄膜[6-8]。从理论分析，跟III族元素相比，如果在氧化锌薄膜中引入

6、高价态差金属离子，将产生更高的载流子浓度，以获得性能更优良的透明导电薄膜。目前，用于制备氧化锌薄膜的技术有多种，其中包括磁控溅射(magnetronsputtering)[9]、脉冲激光沉积(pulsedlaserdeposition)[10]、金属有机化学气相沉积(CVD)[11]、喷雾热解(spraypyrolysis)[12]、分子束外延(molecularbeamepitaxy)[13]、溶胶-凝胶法(sol-ge1)[14]等。其中，溶胶凝胶法由于具有成膜均匀性好，与衬底的附着力强，易于原子级掺杂，可精确控制掺杂水平等优点，而且此方法无需真空设备

7、，工艺简单，成本低，因而受到薄膜研究人员的广泛关注[15]。本文拟在氧化锌薄膜体系中，通过引入钨离子以产生高价态差，实验将采用溶胶-凝胶法在石英玻璃衬底上通过旋转涂覆技术制备了钨掺杂氧化锌薄膜，并探讨钨离子浓度对薄膜结构和光学性能的影响。1实验1.1试剂实验所用试剂：乙酸锌（AR)、异丙醇（AR）、二乙醇胺（CP)、钨酸铵（AR）1.2仪器与测试制备得到的薄膜样品的晶体结构特性分析和相鉴定由日本理学D/Max-B系统X射线衍射仪，辐射源为Cu-Ka线（λ=0.15408nm)。薄膜光致发光由装配有连续性氙灯的荧光光谱仪测定（JASCO公司，日本）。薄膜的光

8、学透过率采用紫外-可见双光束分光光度计测定（UV2500岛津公司，