掺Mg纳米ZnO薄膜的制备及其光学性质研究.doc

掺Mg纳米ZnO薄膜的制备及其光学性质研究9————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：个人收集整理勿做商业用途个人收集整理勿做商业用途个人收集整理勿做商业用途掺Mg纳米ZnO薄膜的制备及其光学性质研究杨洋李峰摘要：本文采用溶胶-凝胶法以石英为衬底制备了纯纳米ZnO薄膜和Zn0。95Mg0。05O薄膜，所有样品在400℃下退火一个小时。用XRD和CSPM4000扫描探针显微镜测试薄膜晶化质量和表面微结构,用透射谱和吸光谱来研究纳米薄膜的透射和吸收性质，并观察到了吸收边和吸收峰的蓝移。光致发光测试结果发现在红光区存在双峰发射，这是以前所没有报道过的，我们对红光发射给出了解释.关键词：纳米ZnO薄膜Mg掺杂透射谱吸收谱Abstract:ThispaperdiscussesqualitiesofPureandMgdopedZnOthinfilmswhicharemadewithSol-gelmethod，allofthesamplesareannealedat400°Cinanhour。Anx—raydiffractometer（XRD）andscanningprobemicroscopy（CSPM4000)wasusedtoinvestigatethestructuralpropertiesandgrainqualityofthethinfilms。Furthermore，Transmissionandabsorptionpropertieswerestudied.Photoluminescencetestresultsfoundtherearebimodallaunchinredlightareas，whichisnotreportedinthepast，wegiveanexplanationtothisintheend。文档为个人收集整理，来源于网络文档为个人收集整理,来源于网络Keywords：MgdopedZnOthinfilmsMgdopedTransmissionandabsorptionspectra1引言随着信息时代的到来，社会对具有优良性能的光电功能材料的需求日益强烈。GaN是目前已得到广泛应用的光电功能材料之一,具有优良的光电特性;然而它也有一些不足之处，例如，GaN基的器件由于原材料昂贵导致成本较高，再者GaN的制备需要很高的生长温度且GaN的腐蚀工艺也比较困难和复杂，这些都限制了GaN更为广泛的应用.自从1997年Bagnall[1］和1998年Tang[2］等人发现ZnO薄膜的受激紫外发射以来，ZnO迅速引起了人们的广泛关注,目前仍是半导体材料领域研究的热点。ZnO为Ⅱ—Ⅵ族化合物，是一种宽禁带直接带隙半导体材料，室温下的禁带宽度为3.37eV.其禁带宽度对应于紫外光的波长,有望用来开发蓝光、蓝绿光、紫外光等多种发光器件。ZnO为六角纤锌矿结构，晶格常数a=0。3249nm,c=0.5205nm［3],其激子束缚能高达60meV,远大于GaN的25meV,ZnSe的22meV和ZnS的40meV，且激子不易发生热离化，因此，ZnO是一种在室温及更高温度下具有很大应用潜力的短波长发光材料。ZnO薄膜是一种透明的导电薄膜,在可见光区其透过率可以达到80%以上。通过适当的掺杂，ZnO薄膜的电阻率可以降到10-4cm，这些性能使得ZnO薄膜成为一种重要的电极材料，它可以作为液晶元件的电极、太阳能电池的电极和窗口材料[4］等。由于ZnO薄膜在紫外区呈强吸收特性而在可见光区呈高透射特性，这就使得ZnO薄膜能被用来制作紫外光电探测器[5]和紫外传感器［6]。生长良好的纯ZnO薄膜或适当掺杂的N型ZnO薄膜都具有较高的载流子浓度和霍尔迁移率以及较低的电阻率，因此可以用ZnO薄膜来制作场效应晶体管［7].ZnO薄膜的电阻率会随着表面吸附气体的种类的不同而变化，是一种气敏材料，可以被用来制作多种气体传感器［8］。实验表明，C轴取向良好的ZnO薄膜具有较好的压电性能和机电耦合系数，可以用来制作压电换能器和表面声波器件[9]。除了上面提到的ZnO薄膜的应用之外，它在其它一些领域也有重要的应用前景，比如发光二极管［10，11］、平面显示、电磁屏蔽等。目前,制备ZnO薄膜的技术有多种,溶胶-凝胶法是其一。由于溶胶—凝胶法设备简单，成本低，成膜面积大，颗粒度均匀，易实现掺杂等优点而深受研究者青睐.对于用溶胶—凝胶法研究掺Mg的ZnO薄膜的报道尚少见。本文用溶胶凝胶法,制备了纯ZnO和掺杂5%Mg的纳米ZnO薄膜，研究了Mg掺杂对纳米ZnO薄膜的微结构及光学性质的影响.2实验先清洗各种实验的仪器，校准电子天平，用超声振荡清洗衬底。然后用电子称