ZnO薄膜及其摻雜的物理性質研究.pdf

1、氧化鋅(ZnO)是一種寬帶隙(室溫下3.37eV)Ⅱ—Ⅵ族化合物半導體，具有優(yōu)異的光學和電學特性，在透明導電薄膜、表面聲波器件、氣體傳感器和光電器件等方面有著廣泛的應用。尤其是高質量ZnO薄膜的室溫紫外受激發(fā)射的實現，使其成為當前的研究熱點。和目前最成功的寬禁帶半導體材料GaN相比，ZnO具有很多優(yōu)點。ZnO薄膜的生長溫度一般低于700℃，比GaN(生長溫度1050℃)要低得多；ZnO薄膜在室溫下光致發(fā)光和受激輻射有較低的閾值功率和很高

2、的能量轉換效率；ZnO有較高的激子復合能(60meV)，理論上有可能實現室溫下較強的紫外受激發(fā)射，制備出較好性能的探測器、LEDs和LDs等光電子器件。 目前，國內外尚未有關Na—Co摻雜ZnO薄膜的報道。我們采用脈沖激光沉積技術，在Si(111)、Si(100)及SiO2襯底上成功制備出Na—Co摻雜的ZnO薄膜。利用XRD和AFM分析手段對薄膜的結構和表面形貌進行了表征，利用熒光光譜儀和橢偏振光譜儀分別測量了薄膜的室溫PL譜

3、和不同波長下薄膜的折射率、消光系數，用四探針法測量了薄膜的電阻率。討論了各種襯底、摻雜濃度、襯底溫度及靶材等條件對薄膜結構、光學和電學性質的影響。具體研究內容和主要結果如下： 1．用溶膠凝膠法成功制備了高質量Na—Co共摻的ZnO陶瓷靶，并用傳統(tǒng)的方法制備了Na—Co共摻的ZnO粉末靶。 2．通過PLD法在Si(111)襯底上成功制備出不同Na—Co摻雜濃度的ZnO薄膜，XRD結果表明Na、Co成功地摻入到了ZnO中，室

4、溫PL譜分析發(fā)現Na、Co摻雜量均為10％時，薄膜的紫外發(fā)射峰值最強，電阻率測量結果表明Na、Co摻雜濃度分別為5％和10％時，薄膜的電阻率最低，達到了8.34×10-1Ω·cm。 3．通過XRD、AFM、室溫PL譜及電阻率的測量分析了襯底溫度對摻雜薄膜生長的影響，發(fā)現600℃在各種襯底上均能制備出結晶較好、表面均勻、紫外發(fā)射最強、導電機制最好的薄膜。 4．在Si(111)、Si(100)及SiO2襯底上制備了c軸取向的

5、Na—Co摻雜的ZnO薄膜，經XRD、AFM、室溫PL譜及電阻率分析得出Si(111)襯底是較好的生長襯底材料。 5．用陶瓷靶與粉末靶對比生長Na—Co摻雜的ZnO薄膜，發(fā)現最佳生長溫度均為600℃，但XRD、室溫PL譜及電阻率測量結果表明，陶瓷靶制備的薄膜結構及光學、電學性能較優(yōu)，說明粉末靶的成膜質量較低。 6．通過分析靶材及生長溫度對薄膜折射率及消光系數的影響。發(fā)現利用陶瓷靶材在600℃下制備的摻雜ZnO薄膜結晶較高