磁控溅射及真空蒸镀制备的纳米氧化锌薄膜的光电性质研究

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1、未经本论文作者的书面授权，依法收存和保管本论文书面版本、电子版本的任何单位和个人，均不得对本论文的全部或部分内容进行任何形式的复制、修改、发行、出租、改编等有碍作者著作权的商业性使用(但纯学术性使用不在此限)。否则，应承担侵权的法律责任。磁控溅射及真空蒸镀制备的纳米氧化锌薄膜光电性质研究／马剑钢摘要氧化锌(ZnO)是一种重要的宽禁带半导体材料，室温下的带隙宽度为3，37eV，激子束缚能高达60meV。自1997年首次在ZnO多晶薄膜上实现了室温光泵浦紫外激光以来，有关ZnO材料的研究已经成为光电领域

2、国际前沿课题中的热点之一。针对当前ZnO的研究工作的热点问题，本论文主要对氮掺杂ZnO多晶薄膜材料的光电性质和镶嵌在绝缘基质当中的纳米ZnO颗粒的结构和光学性质进行了研究，具体研究内容如下：(1)利用磁控溅射及后退火的方法制各出氮掺杂的ZnO薄膜材料，通过多种表征手段研究了氮的掺入对ZnO薄膜微结构、紫外发光和电学特性的影响。观察到由氮引起的局域拉曼振动模，以及束缚在中性受主上的激子的发光表明利用这种方法能够实现对ZnO的有效氮掺杂，并可以通过改变退火温度的方法调节znO：N薄膜中氮杂质的含量。(2

3、)通过共溅射的方法，制备了包埋有ZnO纳米颗粒的Si02薄膜材料。在800℃退火后得到了通常形成温度较高的Zn2Si04材料。并在700。C退火温度下形成Zn2Si04／ZnO纳米颗粒的核壳结构。Zn2Si04壳层的形成促进了ZnO纳米颗粒中的应力释放以及缺陷态密度的降低，从而提高了ZnO纳米颗粒的近带边紫外发光的效率。(3)利用共蒸发及后退火的方法制备了MgO包埋的ZnO纳米颗粒材料。研究结果表明MgO基质与ZnO之间形成的MgZnO合金层对ZnO纳米颗粒中的载流子起到限制作用，并且部分钝化了Zn

4、O纳米颗粒的表面缺陷。主要表现为ZnO纳米颗粒材料的带隙宽度随退火温度升高逐渐增大，紫外发光峰蓝移并且强度逐渐增强，而缺陷发光明显减弱。关键词：ZnO：N，磁控溅射，共蒸发，ZnO纳米颗粒，光致发光摘要／2004年AbstractZincoxide(ZnO)isallimportantII-V1widebandgap(Eg=3．37eV)semiconductorwitharelativelyhighexcitonbindingenergyof60meV．Sincetherealizationofs

5、timulatedemissionofZnOmulticrystalfilmsatroomtemperaturebyopticalpumpingin1997，researchesonZnOanditsrelatedmaterialshavebecomeoneofthemostpromisingandattractiveaspectsintheoptoelectronicregion．Inthisthesis，weinvestigatetheopticalandelectricalproperties

6、ofnitrogendopedZnOthinfilmsandZnOnarlo·particlesthatembeddedinthedielectricmateriallikeMgOandSi02．Thedetailsareasfollows：(1)NitrogendopedZnOthinfilmswerepreparedbyradiofrequency(I疆)magnetronsputteringandsubsequentthermalannealing．UsingX—raydiffraction．

7、X-rayphotoelectronspectroscopy,Ramanscattering，photoluminescence(PL)andHallmeasurements，theeffectsofnitrogenincorporationonthestructural，opticalandelectricalpropertiesofZnOthinfilmshavebeeninvestigated．Emissionsfromneutralacceptorsboundexcitonandtheloc

8、alvibrationmodesofNinZnOhadbeenobservedinPLspectra．TheresultssuggestedthatnitrogenhadbeendopedintoZnOeffectivelybythismethodandNconcentrationinZnOcouldbemodifiedbycontrollingtheannealingtemperatures．(2)ByCO—sputteringmethod，ZnOnano—part