脉冲激光沉积法制备zno薄膜及其光学性质的研究

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1、脉冲激光法制各ZnO薄膜及其光学性质的研究摘要ZnO是一种宽带隙的半导体材料，具有六方纤锌矿结构，室温下它的能隙宽度为3．37eV，激子束缚能高达60meV，可实现室温下的紫外受激发射，在表面声波器件、紫外光探测器、压敏器件和紫外激光器件等领域具有广阔的应用前景。ZnO薄膜具有良好的透明导电性、压电性、光电性、气敏性、压敏性、且易于与多种半导体材料实现集成化。本文通过采用一种先进的薄膜制备方法一脉冲激光沉积在si(100)上制备了ZnO薄膜，研究了制备参数(如衬底温度、氧压、激光脉冲能量等)对样品相关性质的影响。通过x射线衍射(XRD)灏J试分析了样品的结构特性，结果表明所有样品均有C．轴

2、取向的生长特性，随着衬底温度和氧压的升高，ZnO(002)峰的半高宽减小，薄膜的质量有所提高。利用原子力显微镜(AFM)和扫描电子显微镜(SEM)对样品表面形貌进行表征，结果表明所有样品均垂直于衬底生长，且大部分表面晶粒尺寸均匀，在衬底温度为600℃时，薄膜出现了向ZnO纳米棒阵列转化的趋势。通过对样品的光致发光(PL)特性测试分析可知，所有样品均出现较强的紫外发射和可见光(深能级)发射，而Mg掺杂的ZnO薄膜的PL谱测试却只出现了较强的紫外发射，深能级发射很弱，说明适量有效的掺杂能减少ZnO薄膜中的缺陷。通过对样品的椭圆偏振光谱测试分析可知，随着衬底温度的升高，样品的折射率和消光系数均随

3、波长增长呈递减趋势，且在波长为500nm后递减的幅度变小。关键词：氧化锌；脉冲激光沉积；X射线衍射；原子力显微镜；扫描电子显微镜；光致发光；椭圆偏振光谱仪PreparationandOpticalPropertiesofZnOFilmsGrownbyPulsedLaserDepositionAbstractZincOxide(ZnO)isasemiconductorwithawidedirectbandgapof3．37eVatroomtemperatureandhighexeitonbindingenergyof60meV．ZnOfilmshavemanyrealizedandpoten

4、tialapplicationssuchassurfaceacousticwavedevices，ultravioletphotodetectors，piezoelectricdevices，varistors，etc．ZnOthinfilmshaveexcellenttransparentconductivity，piezoelectricity，photoelectricity，gassensitivityandpresssensitivity．Inmythesis，alladvancedfilmpreparationtechniquewasusedfortheZnOthinfilmp

5、reparationontheSi(100)substrates，thepreparationparameterseffectonthefilmswasalSOdiscussed．ThecrystallinityofthefilmsWasanalyzedbytheXrayDiffraction．111espeetmmshowthatallthefilmshavetheC-axisorientandthe(002)peakSFHWMdecreasesasthesubstmtetemperatureandthe02pressureriseThesurfacetopographyofthefil

6、mswereobservedbyAFMandSEM，fromtheimages，itCanbefoundthatallthefilmsgrewperpendiculartothesubstrates，anddimensionofthesurfacegraindistributesuniformly．Thefilmgrownatsubstratetemperature600℃showthetrendoftransformingintoznOnanorodarray．n坨roomtemperaturephotoluminescencespectraoftheZnOsamplesshowastr

7、ongUVemissionaswellasadeepenergylevelemission．ButtheMgdopedZnOfilmsshowintenseUVemission．ThefeebledeepenergylevelemissiontellsUStheZnOfilmsdopedmoderatelyhavelessdefects．Fromthemeasuredresultofspectroscopicellips