zno薄膜制备及其光、电性能研究

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1、_}蠢夫擎簿士沦文ZnO薄膜制备及其光、电性能研究摘要六方纤锌矿结构的ZnO材料出于其具有独特的电学和光学性能，在压电、气体传感器、光电器件等领域有广泛的应用。本文采用Sol-gel法和RF磁控溅射法在玻璃祁Si(1lI)衬底上沉积了ZnO薄膜，并对薄膜的结构、袭蕊形貌、电学性藐琴嚣毙学涟缝等遴抒了表缓。以二水合醋酸锌、乙二醇甲醚、乙醇被、二永合氯化镁等为魏驱物，在载玻片衬底上Sol--gel法制备TZnO薄膜，系统研究了掺杂量、溶液浓度、热处理温度等对薄膜性能的影响。实验结果表明，适鬣Li或M

2、g的掺杂可促进薄膜(002)定向生长，著明显提赢材辩的电阻率；溶液浓鹰为O．45mol／L、旋涂7次、在610℃下热处理戆Li／Mg共掺(Li／Zn=0，10，Mg／Zn*0．04)ZnO薄貘星城投静静(002)定向性，定向指数达O．96t，电阻率达6．0x107ncm。薄膜从光致发光研究表明，“掺杂ZnO薄膜在PL谱上出现了403nm的发光峰，同时ZnO的带边发射(NBE)蜂(371nm)消失，而Mg掺杂后不改变NBE峰的位嚣。随Li和／或Mg掺杂浓度熬秀怒，ZnO蘑簇誊葶辩数滚戆缓发竞涟(D

3、LE)变疆。臀次采用高RF磁控溅射功率(550W)制铸了(100)择优取翔翰Zn0，其定向指数可达0．752，而在较低的功率(200～380W)下溅射，薄膜呈现很好的(101)取向，定向指数达0．799；旗片加热至250。C、溅射功率200W时，制备的ZnO薄膜剃袭现为(002)择优欺自蛙，定向指数为0．742。驮原予堆积方式懿角度提出了不潮择优取南薄貘的鬓三长枫理。对三释撵饶毅囱薄簇豹鑫掇鬻数懿测试缝采表明，(002)取向的晶胞较小，而(101)取向的薄膜晶胞最大。(100)取向薄膜的PL谱以

4、Li的杂质能级峰(399nm)为主，(002)取向的薄膜以Zni缺陷的能级峰(420nm)为主，而(101)取向薄膜主要为带边发射(384nm)；薄膜的电阻率随溅蘩功率豹遂热瑟逢太；薄膜懿衰瑟形襞表鞠，(100)酝逡翁澎羧与英它取淘薄膜相比晶柱更加细密。佟为对比，实验还在Si(111)衬底上磁拄溅射了ZnO薄膜，结果裁明，RF功率在200．～550W范围内均可敬得(002)定向性极好薄膜，而在100W功率下，薄膜呈现“叭)择优取向。V上海大学辩-t晓文Li的掺杂会使磁控溅射的ZnO薄膜光学禁带缴

5、度变小，(10I)取向溥膜的光学禁带宽鹰最大，随热处理温度升高及溅射功率的增大，薄膜的禁带宽度随之变小。实骏还蓄次麓Sol--gel滚弼蛰Li、Mg瑟Li／Mg：ZnO过渡层，孬在过渡垂皇磁控溅射ZnO薄膜。结果表明，在Mg：ZnO、Li／Mg：ZnO过渡层上沉积的ZnO薄膜(002)定向性要明显优于谯Li：ZnO过渡层上沉积的薄膜，且(002)定向性随过渡层加脬丽提高。采用Mg：ZnO过渡层(2层)、在优化的溅射功率下(380W)蒡莲雩亍逶豢懿熬处理，摹l褥静ZnO薄簇(002)定囱撂数可达0

6、。948，翳瓣，薄摸中静晶载均匀，致密性好。在低溶液浓度(O．25mol／L)下，采用Sol--gel法在玻璃衬底上可制得(002)定向指数达O．984的ZnO纳米糕阵列(直径50～80nm，长度200～500nm)：溶液激发提赢质，这些纳米捧密度增搬，楣互之间出现糙连，表现为薄膜褥缝。论文还讨论了鞠米棒懿形成橇稍。关键词；ZnO薄膜：Sol—geI法：RF黻控溅射法；PL谱；ZnO过渡层：ZnO纳米棒阵列(10I)定翻：(100)定向V{上海大学媾：￡铯文StudyOilPreparation

7、，ElectricalandOpticalPropertiesofZnOThinFilmsAbstractZnOmaterialwithhexagonalwurtzitestructurehasbeenwidelyusedinpiezoelectric，optoelectronicdevicesandsensorsduetoitsuniqueelectricalandopticalproperties．InthispapeLtwomethods，sol。gelandRFmagnetronsput

8、tering，wereemployedtofabricateZnOthinfilms。Thestructural，electricalandopticalcharacteristicsofZnOfilmswereinvestigatedusingXRD，AFM，SEM，EDSandphocoIuminescent(PL)measurements“+，M矿andLi+／Mg”dopedZnOfilmswerepreparedOnlime-glasssubstratebys01．gelmethodu