zno及v、al掺杂zno薄膜发光性能的研究

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1、河南大学凝聚态物理专业2004级硕士论文张丽亭摘要ZnO是一种宽带隙半导体材料，室温下带隙宽度为3．37eV，激子束缚能高达60mcV，明显高于室温下约26meV的热动能，从而具有优异的紫外发光性能。ZnO作为新一代抗辐射、高频、大功率和高密度紫外发光器件和光探测器件的重要候选材料，引起了人们的广泛关注和深入研究。近年来，人们对ZnO薄膜的研究在实验和理论方面都取得了显著的进展，但对ZnO绿带发射机制研究、生长工艺改进、提高薄膜质量和稳定性、改善薄膜的发光性能等方面还需要进一步研究和探讨。在ZnO的诸多制备方法

2、中，溶胶一凝胶法具有合成温度低、原料丰富低廉、化学计量比较准确、工艺简单、容易添加掺杂剂和大面积成膜等优点而得到了广泛应用。本论文采用溶胶一凝胶法制备了纯的及v、Al掺杂ZnO薄膜，对制备样品的结构、发光机理及工艺进行研究，深入探讨了制备工艺、样品后退火处理及掺杂与ZnO薄膜的成膜质量和发光性能之间的关系，初步探索了发光性能优良的ZnO薄膜的最优工艺参数；并从发光机理的角度探讨了制备过程和掺杂对ZnO薄膜结构与发光性能的影响。ZnO薄膜的发光特性与其结晶状况及本征缺陷密度密切相关，退火改善了薄膜的结晶质量，但较

3、高的退火温度使样品的结晶性提高的同时，也使样品中的缺陷增多，从而导致与缺陷态有关的发光几率也相应的增加。研究结果表明，结晶温度控制在55012左右最好。值得注意的是，后退火通入氧气时绿带峰的强度相对未通入氧气的有所降低，紫外发光峰的强度增大。分析表明由缺陷产生的绿带峰与vo和zni等缺陷的浓度有关。未经高温退火时，V的掺入使ZnO结晶质量降低，并引入了发光婶灭中心，使紫外发光峰和绿带发光峰强度都大幅度降低。v掺杂样品经800"(2退火处理后，结晶质量相对未掺杂样品变好并表现出与未掺v样品更优异的发光性质，摘要即

4、紫外发光峰的强度高于绿带发光峰，说明V掺杂使绿带发光峰对应的缺陷减少，抑制了绿带的发射。另一方面，高温处理使v掺入引起的摔灭中心减少，辐射复合率增大从而使紫外发射效率提高。对Al掺杂zno薄膜在Si和石英衬底研究表明，衬底和掺杂浓度对薄膜结晶状况和发光性能具有重要影响。论文还对ZnO纳米粉末的光致发光性能和表面光电压性质进行了初步自q研究。关键词ZnO薄膜；溶胶一凝胶；掺杂：光致发光；表面光电压河南大学凝聚态物理专业2004级硕士论文张丽亭AbstractZnOisallimportantcandidatefo

5、rfuture1lighpower,hi啦frequency,highdensityUVlight-emissiondevices,duetooutstandingultmvioletCoy)luminescentproperties酗ithasall砸deband·gap(3．37eV)andalargeexcitonbandenergy(60meV)．ZnOhas，whichmakesitandattractsgreatattentionandhotstudypassionofresearchersands

6、cientists．Inrecentyears，greatimprovementshavebeenmadeontheoreticalandexperimentalresearchofZnOfilms，butchallengesstillremain,such髂understandingKght—emissionmechanism，improvingthetechniqueoffilmgrowth,improvingthepropertyandstabilityofpreparedfilmsandimprovin

7、gtheluminescentpropertiesofZnOfilms．AmongvarioussyntheticmethodsofZnOthinfilms，sol-gelmethodiswidelyusedduetoitsadvantagesoflowgrowingtemperature，richandcheaprawmaterials，conveniencetocontrolthechemicalcompositionande。-tsinessforscalingupproduction．Inthisthe

8、sis，pureand、‘A1dopedZnOthinfilmsWeresynthesizedbysol·gelmethod,andthecrystalstructuresandluminescentpropertiesareanalyzed．Theeffectsofgrowthtechnique，post-treatmentanddopantsonthestructuralandlu