掺杂zno薄膜的制备工艺、光学特性及稀磁性能研究

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1、摘要摘要ZnO薄膜是优质的光电半导体材料，它具有宽带隙、介电常数低、机电耦合系数大、温度稳定性好、透光率高和化学稳定性高等特性。最近，采用磁性离子注入技术，又发现ZnO半导体在室温下具有铁磁有序性。因此，ZnO半导体成为目前最有应用潜力的新型功能材料之一。探索制备成本低、成膜质量好，并且工艺简单的成膜技术，对推动ZnO薄膜的应用具有十分重要的意义。本文采用三种制各工艺，在硅片和玻璃基片上成功地制各出具有稀磁特性的过渡金属(Fe、Co)掺杂的ZnO薄膜。首先采用溶胶．凝胶(S01．Gel)I艺，以乙二醇甲醚为溶剂，醋酸锌

2、为前驱体，乙醇胺为稳定剂，获得了均匀、透明的多晶ZnO薄膜。通过采用不同的退火方式，得到最佳的退火工艺参数。并以此工艺为基础，制备出具有稀磁特性的znl．。Fe。0(x=0．01、O．02、0．03)薄膜。为了进一步摸索更有效的制备方法，我们尝试使用了PVA这种可溶性高分子聚合物，用于制备溶胶。探索出了一整套有效的制备方法，成功的制备了znl．。Co。O(x=0．08、O．12、O．18)薄膜。采用该方法制备的样品价态准确，组分精确。利用x射线衍射谱(xl乇D)，原子力显微镜(AFM)和荧光光谱仪(PL)以及电子能谱仪

3、(XPS)等分析方法对样品结构和性能进行了研究。结果显示，所制备的薄膜为六方纤锌矿型结构，具有高度的c轴择优取向性；膜表面均匀、致密，同时发现Co掺杂系列具有良好的发光特性。并且，在室温下测出Znl．。Co。O薄膜具有稀磁特性。最后我们利用电子束蒸发镀膜仪，采用锌膜氧化法制备出具有完备的纤锌矿结构的ZnO薄膜。本文的特色在于，采用了全新的PVA方法实现了溶胶一凝胶工艺过程，精确地控制了掺杂的价态和组分，获得了成膜质量和性能都比较好的样品。这对于ZnO带JJ各工艺的探讨具有积极的意义。并且，在实验中发现，不仅XRD谱线的

4、峰位，随着样品掺杂含量的变化，出现规律性的移动。而且在Co掺杂的发光系列样品中，发光峰也随着掺杂含量的变化，出现了规律性的红移现象。关键词：ZnO薄膜；掺杂；溶胶一凝胶法；PVA方法；光致发光；稀磁特性掺杂ZnO薄膜的制各工艺、光学特性及稀磁性能研究ABSTRACTThehighqualityZnOthinfilmisoneofmostpotentialmembranousmaterialsatpresent．Andthedifferentpreparationmethodhastremendousinfluenceo

5、nthemicrostructureandtheperformanceofZnO—basedthinfilms．Sotheexplorationofnewmethodwhichmadelowcostandhighqualitysampleseemstobeveryimportantnow．Thisarticlehasusedthreemethods，successfullypreparedtheZnOthinfilmonthesiliconwaferandtheglasssubstrate，whichhasthedil

6、utedmagnetismcharacteristictransitionmetal(Fe，Co)dopes．Theinitialpreparationcraftistaketheglycolmethylasthesolvent，thezincacetateastheforerunnerbody,theethanolamineasastabilizer,evenlyobtained，thetransparentpolytrophicZnOthinfilm．Throughselectsthedifferentanneal

7、ingmethods，theanalysisobtainsthesuperiorannealingcraftparameter。Throughselectsthedifferentannealingmethod，weobtainedthesuperiorannealingcraftparameter．ThenwepreparesthedilutedmagnetismcharacteristicZnl—xFexOthinfilms，whichhasthedopingcontentxas1％，2％，3％．Inorderto

8、furtherfindoutbetterpreparafionmethod．weusedPVAmethodwhichcandissolvehighpolymer,topreparethes01．’Wegotasetofuniquemethod，andsuccessfullypreparedthedopedZnl-xCox0thin