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1、磁控共濺射制備Cu摻雜ZnO薄膜的微結構、表面形貌和光電特性的研究劉永2015年1月中圖分類號：TQ028.1UDC分類號：540磁控共濺射制備Cu摻雜ZnO薄膜的微結構、表面形貌和光電特性的研究作者姓名劉永學院名稱物理學院指導教師王志副教授答辯委員會主席歐陽吉庭教授申請學位級別理學碩士學科專業(yè)物理學學位授予單位北京理工大學論文答辯日期2015年1月18日Microstructure,surfacemorphologyandopticalpropertiesofCu-dopedZnOthinfilmspreparedbymagnetronco
2、-sputteringCandidateName：YongLiuSchoolorDepartment:SchoolofPhysicsFacultyMentor:Associate-Prof.ZhiWangChair,ThesisCommittee：Prof.JitingOuyangDegreeApplied:MasterofScienceMajor：PhysicsDegreeby:BeijingInstituteofTechnologyTheDateofDefence：January18,2015研究成果聲明本人鄭重聲明：所提交的學位論文是我
3、本人在指導教師的指導下進行的研究工作獲得的研究成果。盡我所知，文中除特別標注和致謝的地方外，學位論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包含為獲得北京理工大學或其它教育機構的學位或證書所使用過的材料。與我一同工作的合作者對此研究工作所做的任何貢獻均已在學位論文中作了明確的說明并表示了謝意。特此申明。簽名：日期：北京理工大學碩士學位論文摘要ZnO作為一種新型的透明導電氧化物薄膜材料，由于禁帶寬度大（3.37eV）、激子束縛能大（60meV）、易摻雜、成本低、無毒無污染等優(yōu)點，在光電器件及太陽能電池領域有著廣泛的應用。在眾多摻雜物中，C
4、u摻雜能夠減小ZnO薄膜的禁帶寬度進而改變ZnO薄膜的發(fā)光特性和吸收效率。之前的研究者們對于Cu摻雜ZnO薄膜的研究都局限于部分摻雜范圍內(nèi)。本文使用磁控共濺射法，在玻璃襯底上制備了兩組Cu摻雜的ZnO薄膜，得到了從稀摻雜到重摻雜（0-23.8%）的范圍。并使用X射線衍射儀（XRD）、掃描電子顯微鏡（SEM）、光致發(fā)光測量系統(tǒng)（PL）和紫外-可見吸收譜（UV-Vis）系統(tǒng)分析了Cu摻雜對薄膜的微結構、表面形貌和光電特性的影響。XRD和SEM結果顯示，除了重摻雜（23.8%）的樣品外，大部分薄膜都呈現(xiàn)出替位摻雜的（002）單一相。適量的Cu摻雜能
5、夠促進ZnO薄膜的結晶特性和（002）擇優(yōu)取向，但過量的不利于結晶和擇優(yōu)取向的形成。PL的結果顯示，Cu摻雜具有明顯的熒光猝滅特性，在可見光區(qū)域，所有的發(fā)光峰都為藍光峰，它們主要來源于電子從導帶底到鋅空位的躍遷和反位鋅到鋅空位的躍遷，501nm附近微弱的綠光峰起因于電子從導帶底到氧填隙的躍遷，我們詳細分析了各個發(fā)光峰的來源。我們能夠通過改變Cu的摻雜濃度進而控制藍光發(fā)光帶的強度。重摻雜區(qū)的UV-Vis的測量結果顯示，Cu摻雜顯著改變了ZnO薄膜在近紫外和可見光區(qū)域內(nèi)的吸收特性。隨著Cu重摻雜濃度的增加，ZnO薄膜的吸收峰強度逐漸增強，紅移現(xiàn)象
6、出現(xiàn)，ZnO薄膜禁帶減少值逐漸增大。在Cu摻雜濃度為23.8%時，我們發(fā)現(xiàn)了0.64eV的減小值。關鍵詞：透明導電氧化物薄膜；ZnO薄膜；Cu摻雜；磁控共濺射法；光學性質(zhì)I北京理工大學碩士學位論文AbstractAsanewtransparentconductiveoxidefilmmaterial,ZnOisappliedextensivelyinfieldofsolarcellandoptoelectronicdevices,becauseoflargewide-bandgap(3.37eV),largeexcitonbindingene
7、rgy(60meV),availablitytodoping,cheapness,nontoxicityandinnocuousness.Amongvariousdopants,CudopingcanmodifytheluminescenceandtheabsorptioncoefficientofZnOcrystalsthroughreducingthebandgap.MostpreviousresearchersstudiedZnO:Cufilmswithmoderatedopinglevel.Inthisstudy,wepreparet
8、wogroupsofZnO:CufilmswithdifferentCudopingcontent(0-23.8%)ongrasssubstratesbymagne
