摻mg納米zno薄膜制備及其光學性質(zhì)的的研究

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1、摻Mg納米ZnO薄膜的制備及其光學性質(zhì)研究楊洋李峰摘要：本文采用溶膠-凝膠法以石英為襯底制備了純納米ZnO薄膜和Zn0.95Mg0.05O薄膜，所有樣品在400℃下退火一個小時。用XRD和CSPM4000掃描探針顯微鏡測試薄膜晶化質(zhì)量和表面微結構，用透射譜和吸光譜來研究納米薄膜的透射和吸收性質(zhì)，并觀察到了吸收邊和吸收峰的藍移。光致發(fā)光測試結果發(fā)現(xiàn)在紅光區(qū)存在雙峰發(fā)射，這是以前所沒有報道過的，我們對紅光發(fā)射給出了解釋。關鍵詞：納米ZnO薄膜Mg摻雜透射譜吸收譜Abstract:ThispaperdiscussesqualitiesofPureandMgdope

2、dZnOthinfilmswhicharemadewithSol-gelmethod,allofthesamplesareannealedat400°Cinanhour.Anx-raydiffractometer(XRD)andscanningprobemicroscopy(CSPM4000)wasusedtoinvestigatethestructuralpropertiesandgrainqualityofthethinfilms.Furthermore,Transmissionandabsorptionpropertieswerestudied.Pho

3、toluminescencetestresultsfoundtherearebimodallaunchinredlightareas,whichisnotreportedinthepast,wegiveanexplanationtothisintheend.Keywords:MgdopedZnOthinfilmsMgdopedTransmissionandabsorptionspectra1引言隨著信息時代的到來，社會對具有優(yōu)良性能的光電功能材料的需求日益強烈。GaN是目前已得到廣泛應用的光電功能材料之一，具有優(yōu)良的光電特性；然而它也有一些不足之處，例如，G

4、aN基的器件由于原材料昂貴導致成本較高，再者GaN的制備需要很高的生長溫度且GaN的腐蝕工藝也比較困難和復雜，這些都限制了GaN更為廣泛的應用。自從1997年Bagnall[1]和1998年Tang[2]等人發(fā)現(xiàn)ZnO薄膜的受激紫外發(fā)射以來，ZnO迅速引起了人們的廣泛關注，目前仍是半導體材料領域研究的熱點。ZnO為Ⅱ-Ⅵ族化合物，是一種寬禁帶直接帶隙半導體材料，室溫下的禁帶寬度為3.37eV。其禁帶寬度對應于紫外光的波長，有望用來開發(fā)藍光、藍綠光、紫外光等多種發(fā)光器件。ZnO為六角纖鋅礦結構，晶格常數(shù)a=0.3249nm,c=0.5205nm[3]，其激子束

5、縛能高達60meV，遠大于GaN的25meV，ZnSe的22meV和ZnS的40meV，且激子不易發(fā)生熱離化，因此，ZnO是一種在室溫及更高溫度下具有很大應用潛力的短波長發(fā)光材料。ZnO薄膜是一種透明的導電薄膜，在可見光區(qū)其透過率可以達到80%以上。通過適當?shù)膿诫s，ZnO薄膜的電阻率可以降到10-4cm，這些性能使得ZnO薄膜成為一種重要的電極材料，它可以作為液晶元件的電極、太陽能電池的電極和窗口材料[4]等。由于ZnO薄膜在紫外區(qū)呈強吸收特性而在可見光區(qū)呈高透射特性，這就使得ZnO薄膜能被用來制作紫外光電探測器[5]和紫外傳感器[6]。生長良好的純ZnO薄

6、膜或適當摻雜的N型ZnO薄膜都具有較高的載流子濃度和霍爾遷移率以及較低的電阻率，因此可以用ZnO薄膜來制作場效應晶體管[7]。ZnO薄膜的電阻率會隨著表面吸附氣體的種類的不同而變化，是一種氣敏材料，可以被用來制作多種氣體傳感器[8]。實驗表明，C軸取向良好的ZnO薄膜具有較好的壓電性能和機電耦合系數(shù)，可以用來制作壓電換能器和表面聲波器件[9]。除了上面提到的ZnO薄膜的應用之外，它在其它一些領域也有重要的應用前景，比如發(fā)光二極管[10，11]、平面顯示、電磁屏蔽等。目前，制備ZnO薄膜的技術有多種，溶膠-凝膠法是其一。由于溶膠-凝膠法設備簡單，成本低，成膜面

7、積大，顆粒度均勻，易實現(xiàn)摻雜等優(yōu)點而深受研究者青睞。對于用溶膠-凝膠法研究摻Mg的ZnO薄膜的報道尚少見。本文用溶膠凝膠法,制備了純ZnO和摻雜5%Mg的納米ZnO薄膜，研究了Mg摻雜對納米ZnO薄膜的微結構及光學性質(zhì)的影響。2實驗先清洗各種實驗的儀器，校準電子天平，用超聲振蕩清洗襯底。然后用電子稱量取3.0g無水醋酸鋅，放入500ml的燒杯中。向燒杯中放入150ml的無水乙醇。再用小量筒量取0.9ml的乙醇胺放進燒杯中。然后量取1.0ml的乙二醇放入燒杯中。將燒杯置于熱水中進行水浴，并同時充分攪拌混合物，直到形成無色透明的溶膠溶液。將溶液靜置圖1ZnO薄膜

8、的制備過程四個小時。涂膜前補充蒸發(fā)的無水乙醇至150