摻mg納米zno薄膜制備及其光學(xué)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(xué)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(gè)小時(shí)。用XRD和CSPM4000掃描探針顯微鏡測(cè)試薄膜晶化質(zhì)量和表面微結(jié)構(gòu)，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(lán)移。光致發(fā)光測(cè)試結(jié)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(bào)道過的，我們對(duì)紅光發(fā)射給出了解釋。關(guān)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(shí)代的到來，社會(huì)對(duì)具有優(yōu)良性能的光電功能材料的需求日益強(qiáng)烈。GaN是目前已得到廣泛應(yīng)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(dǎo)致成本較高，再者GaN的制備需要很高的生長(zhǎng)溫度且GaN的腐蝕工藝也比較困難和復(fù)雜，這些都限制了GaN更為廣泛的應(yīng)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(guān)注，目前仍是半導(dǎo)體材料領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。ZnO為Ⅱ-Ⅵ族化合物，是一種寬禁帶直接帶隙半導(dǎo)體材料，室溫下的禁帶寬度為3.37eV。其禁帶寬度對(duì)應(yīng)于紫外光的波長(zhǎng)，有望用來開發(fā)藍(lán)光、藍(lán)綠光、紫外光等多種發(fā)光器件。ZnO為六角纖鋅礦結(jié)構(gòu)，晶格常數(shù)a=0.3249nm,c=0.5205nm[3]，其激子束

5、縛能高達(dá)60meV，遠(yuǎn)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(yīng)用潛力的短波長(zhǎng)發(fā)光材料。ZnO薄膜是一種透明的導(dǎo)電薄膜，在可見光區(qū)其透過率可以達(dá)到80%以上。通過適當(dāng)?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(yáng)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(qiáng)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(cè)器[5]和紫外傳感器[6]。生長(zhǎng)良好的純ZnO薄

6、膜或適當(dāng)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(chǎng)效應(yīng)晶體管[7]。ZnO薄膜的電阻率會(huì)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(shí)驗(yàn)表明，C軸取向良好的ZnO薄膜具有較好的壓電性能和機(jī)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(yīng)用之外，它在其它一些領(lǐng)域也有重要的應(yīng)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(shù)有多種，溶膠-凝膠法是其一。由于溶膠-凝膠法設(shè)備簡(jiǎn)單，成本低，成膜面

7、積大，顆粒度均勻，易實(shí)現(xiàn)摻雜等優(yōu)點(diǎn)而深受研究者青睞。對(duì)于用溶膠-凝膠法研究摻Mg的ZnO薄膜的報(bào)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(duì)納米ZnO薄膜的微結(jié)構(gòu)及光學(xué)性質(zhì)的影響。2實(shí)驗(yàn)先清洗各種實(shí)驗(yàn)的儀器，校準(zhǔn)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(jìn)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(jìn)行水浴，并同時(shí)充分?jǐn)嚢杌旌衔?，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(gè)小時(shí)。涂膜前補(bǔ)充蒸發(fā)的無水乙醇至150