Al掺杂ZnO薄膜的制备及红外光学性能的研究.docx

Al掺杂ZnO薄膜的制备及红外光学性能的研究
概述
随着科技的进步，新型材料在各个领域得到了广泛的应用。控制材料的成分和结构是改善其性能的关键，掺杂技术因其简单、直观的特性而受到广泛关注。本文研究了Al掺杂ZnO薄膜的制备和光学性能，并探讨了其在红外波长范围内的应用前景。
制备方法
实验采用激光分子束外延法(LMBE)在ZnO薄膜上沉积Al，制备Al掺杂ZnO薄膜。实验中，采用金属Zn蜡烤在sapphire衬底上作为初始层。通过外延蒸发沉积方法，在ZnO薄膜上沉积Al。实验设置温度控制在400℃时，压力保持在4×10^-6torr，持续时间为1小时，沉积速率为0.1ML/min。然后将薄膜进行退火处理，在氧气中保持在800℃下焙烧2小时。
结果和讨论
通过扫描电镜(SEM)和X射线光电子能谱(XPS)的实验结果，证明Al成功的掺杂到了ZnO薄膜中，并在晶体结构和表面形貌上略有改变。在掺杂量为6.8％时，薄膜组分解析表明，Al原子替代了部分Zn原子，成功地掺杂到ZnO基底中。然而，在掺杂物含量较高时，呈现出蜂窝状形貌且杂质相含量明显提高，这可能是因为过量的掺杂原子无法被ZnO晶格无序吸收的结果。
光学性能测试结果显示，对于阻抗折射率的最佳掺杂能得到最优的结果，掺杂量在3％时，当Al/Zn比例为0.01时，薄膜红外透过率最高，达到60％以上。
结论
本文成功地制备出Al掺杂ZnO薄膜，掺杂物可以成功地替换ZnO晶格中的一部分Zn原子。对掺杂物浓度、烧结温度和时间以及掺杂物比例进行优化，可以达到优异的光电性能。在紫外和可见光区域表现出较好的光学性能，掺杂ZnO薄膜在红外区域表现出较好的透过率，为其在红外传感技术中的应用奠定基础。
参考文献
[1]罗新，张波，解荆颖.利用激光分子束外延法制备Al掺杂ZnO薄膜及其表征[J].红外与激光工程，2020，49（09）：22-28.
[2]王海涛，伏军，张建川.激光分子束外延法沉积氧化锌和氧化铝[J].电光与控制，2011，18（3）：95-99。