兩步法制備摻(氮、磷)ZnO薄膜的研究.pdf

1、ZnO作為一種新型多功能半導體材料，近年來受到多學科領域科研工作者的親睞，并且在各個應用領域的研究有愈演愈烈的趨勢.對其制備方法和性能的研究有利于其更好地應用于平板顯示、光電器件、光催化器件和傳感器中.本文主要采用磁控濺射和水熱法相結合的兩步法來實現(xiàn)五價元素（氮、磷）對ZnO薄膜的摻雜，并對不同條件下制備的樣品進行了表面形貌、晶體結構和光學表征，并對影響其表面結構和光學性質的因素進行了深入研究.得到的主要研究結果如下:
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2、1)利用直流磁控濺射技術制備的ZnO薄膜均具有＜002＞擇優(yōu)取向.隨著磁控濺射時間的延長，ZnO在＜002＞方向上的擇優(yōu)生長先增強后減弱.30分鐘時＜002＞方向上的擇優(yōu)取向最強.薄膜樣品在可見光區(qū)的平均透射率優(yōu)于80％，隨著濺射時間的延長薄膜樣品的透射區(qū)域逐漸變窄，并且在濺射時間為30分鐘時，平均透射率達到最小值.
　　 (2)在30分鐘濺射＜002＞擇優(yōu)取向良好的ZnO薄膜樣品上，利用水熱法進行氮元素摻雜，水熱摻雜破壞了薄膜

3、表面原本的均勻性和致密性，使得表面顆粒大小不均且有孔洞產生.氮離子摻入到ZnO晶格中使得ZnO(002)衍射峰發(fā)生了明顯的偏移.而且摻雜濃度的提高會逐漸降低＜002＞擇優(yōu)取向的生長，水熱反應時間的延長，起初降低了＜002＞擇優(yōu)取向但之后該方向的生長又重新增強.
　　 (3)水熱反應中存在氮摻雜和刻蝕兩個過程，其中起初占主導的氮摻雜過程是不利于＜002＞擇優(yōu)取向生長而之后占主導的刻蝕反應正好相反.
　　 (4)氮摻雜系列中

4、，隨著摻雜濃度的提高，ZnO∶N薄膜的吸收帶邊和禁帶隙自由激子發(fā)光中心均先紅移再藍移，說明水熱反應起初在薄膜中引入了較多的缺陷，而后又導致了自由載流子濃度的增加.在488nm附近逐漸出現(xiàn)了氮替代氧引起的藍綠光發(fā)射波包.
　　 (5)在濺射15分鐘的＜002＞擇優(yōu)取向的ZnO薄膜樣品上，利用水熱法同時進行ZnO的生長和磷元素的摻雜.水熱反應過程中磷酸二氫銨濃度和反應時間對薄膜表面形貌有很大影響.
　　 (6)隨磷酸二氫銨濃