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《fe掺杂对zno薄膜的微结构与光学性质的影响》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、2008年12月郑州大学学报(工学版)Dec12008第29卷第4期JournalofZhengzhouUniversity(EngineeringScience)Vol129No14文章编号:1671-6833(2008)04-0033-05Fe掺杂对ZnO薄膜的微结构与光学性质的影响徐林华,李相银,袁俊(南京理工大学应用物理系,江苏南京210094)摘要:采用溶胶—凝胶法在石英玻璃衬底上制备了Fe掺杂的ZnO薄膜,研究了不同的Fe掺杂浓度对ZnO薄膜的微结构与光学性质的影响.利用X射线衍射分析了薄膜样品的晶向和晶相,利用原子力显微镜观测了薄膜样品的表面形貌,利用双光束紫
2、外—可见分光光度计分析了ZnO薄膜样品的光学性质.实验结果表明:所有ZnO薄膜样品都是六角纤锌矿结构,ZnO晶粒沿C轴择优生长.质量分数为1%Fe掺入之后,ZnO薄膜的C轴择优取向进一步增强,薄膜的晶化质量也得到进一步提高.当Fe的掺杂x+2+浓度高于1%时,ZnO薄膜(002)衍射峰的强度又降低了,这可能是由于Fe(x=2或3)和Zn具有不x+2+同的离子半径,大量的Fe进入晶格取代Zn导致晶格严重畸变,从而影响了ZnO晶粒的正常生长.所制备的ZnO薄膜在可见光区都具有高的透射率,由吸收边估算出来的ZnO薄膜的光学带隙表明:随着Fe的掺杂浓度的提高,光学带隙逐渐展宽.关键
3、词:ZnO薄膜;溶胶—凝胶法;微结构;光学性质+中图分类号:TN204.21文献标识码:A而倍受青睐.特别是对于制备掺杂的ZnO薄膜,0引言由于溶胶—凝胶法是一种液相法,它能精确地控ZnO属于Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体,是一种重制掺杂剂量,所制备出来的ZnO薄膜中掺杂原子要的直接带宽禁带材料.它具有良好的化学稳定的分布也非常均匀,因此它成为制备掺杂的ZnO性和热学稳定性.在室温下,ZnO的禁带宽度为薄膜的一种非常重要的方法.笔者利用溶胶—凝3.37eV,激子束缚能高达60meV.很多研究结果胶法在石英玻璃衬底上制备了Fe掺杂ZnO薄表明:ZnO具有很强的激子发射性能,因此它成为膜
4、,研究了不同的Fe掺杂浓度对ZnO薄膜的结[1-2]制备短波长光电器件的理想材料.此外,ZnO构及光学性质的影响.也具有良好的压电性能和高频特性,是一种用于[3][4]1实验部分制备表面声波及体声波器件的优良材料.到目前为止,对于ZnO材料的研究仍以薄膜形态为以双水醋酸锌为溶质、无水乙醇为溶剂、乙醇主.为了提高ZnO薄膜的晶化质量或得到良好的胺为稳定剂、硝酸铁(Fe(NO3)3·9H2O)为掺杂光、电、磁性能,很多研究者对ZnO薄膜进行了掺源,制备出稳定均匀的ZnO溶胶.溶胶中醋酸锌[5-6]3+2+杂.对于Fe掺杂的ZnO,一些理论研究表明:的摩尔浓度为0.3mol/L,
5、Fe相对于Zn的掺Fe掺杂的ZnO材料可能具有室温以上的铁磁性,杂浓度原子数分数分别为0%、1%、3%和5%.将所以大部分研究者主要研究了它们的铁磁性4份不同掺杂浓度的ZnO溶胶在室温下陈化24[7-9]质,而对于薄膜的结构、光学与电学性质的报h,然后采用旋涂法制备ZnO薄膜.所用的衬底材道很少.料是石英玻璃,在涂膜前,对衬底进行清洗.先用www.spm.com.cn现在,人们已经开发了多种技术方法来制备丙酮对石英玻璃超声清洗10min,之后用无水乙ZnO薄膜,如脉冲激光沉积、电子束蒸发、磁控溅醇对衬底超声清洗10min,最后再用去离子水对射、化学气相沉积、溶胶—凝胶法等.
6、在这些方法衬底超声清洗10min,然后将衬底置于清洁室中中,溶胶—凝胶法具有成本低、操作简单、不需要晾干.每次甩胶的时间为30s,在前10s内,衬底真空沉积环境、成膜面积大、组分容易控制等优点的旋转速度为1200r/min,在后20s内,衬底的收稿日期:2008-09-16;修订日期:2008-10-13作者简介:徐林华(1976-),男,河北沧州人,南京理工大学博士研究生,主要研究方向为光子材料.34郑州大学学报(工学版)2008年旋转速度为2500r/min.每涂一层溶胶膜之后,术在Si衬底上制备了Fe掺杂的ZnO薄膜,实验将样品放入300℃的恒温炉中进行干燥和预热处结
7、果显示:原子数分数为2%Fe掺杂弱化了ZnO理5min.从旋涂甩胶到预热处理这个过程被重复薄膜沿C轴择优生长的取向性,降低了ZnO薄膜8次,最后由椭偏仪测出ZnO薄膜的厚度约为的晶化质量.以上几个实验结果表明:由于不同的200nm.一共制备了4个ZnO薄膜样品,所有样薄膜制备方法所制备出的ZnO薄膜中Fe原子的品均在500℃下退火1h.分布情况不同以及制备条件的差别,导致最终得采用X射线衍射仪(BrukerD8Advance)分到Fe的掺杂浓度对ZnO薄膜结构影响的结论不析所制备的ZnO薄膜的晶向和晶相;利用原子力
