ZnO/PS复合体系的微结构和光学特性

摘要

氧化锌(ZnO)是II-VI族直接带隙(3.37eV)半导体氧化物材料，ZnO最显著的特点就是具有高达60meV的激子束缚能，是GaN(25meV)材料的两倍，远高于室温下的热离化能(26meV)，这使ZnO在室温或更高温度下存在激子受激发射并具有很高稳定性，保证了ZnO在室温低激活能下激子紫外光的发射。ZnO作为新一代的宽带隙半导体材料，由于其优异的电学、光学、压电等性能，在发光二极管、液晶显示器、太阳能电池、光探测器、声表面波(SAW)器件等领域中有着广泛的应用。
　　本文采用电化学阳极氧化法在p型(100)晶向的单晶硅片上制备多孔硅(PS,PorousSilicon)样品，然后以PS为衬底采用射频磁控溅射技术在不同氧分压、不同退火温度及不同退火气氛下制备ZnO薄膜。利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、紫外分光光度计及荧光分光光度计几种表征技术研究了制备工艺参数对样品的微结构及光学特性的影响。从而为ZnO薄膜的应用提供一些实验数据和理论基础。主要研究结果如下：
　　1、X射线衍射(XRD)结果显示：所有薄膜呈现出一个主峰和两个次峰，分别对应于ZnO的(002),(100),(101)晶面，且(002)衍射峰的强度最强。这说明样品具有六角纤锌矿结构，且具有垂直于衬底的c轴择优取向。但由于衬底PS粗糙的表面结构，衍射峰的半高全宽(FWHM)都较大。另外，在大约2θ=56.6°附近出现了一个微弱的PS峰。结果显示样品的制备工艺参数对薄膜的结晶质量和内部残余应力有很大的影响。
　　2、透射吸收谱显示：所有样品都具有很高的透过率，说明薄膜的结晶质量比较好。另外，样品的光学带隙值随制备参数的变化发生了移动，且基于量子限域模型计算的禁带宽度带隙值与XRD计算得到的变化趋势完全一致。
　　3、荧光分光光度计在室温下测得的光致发光谱显示：所有ZnO/PS纳米复合薄膜在可见光区(400nm-700nm)形成一条宽的光致发光带，发光峰包括发光中心位于大约440nm(2.81eV)和480nm(2.58eV)处ZnO的蓝光双峰，520nm(2.37eV)处ZnO的绿光峰及600nm(2.07eV)处PS的红橙光峰。复合ZnO的蓝、绿光和PS的红橙光，可以呈现出较强的白光。另外，相比于新鲜的PS的发光峰位(670nm)，沉积ZnO薄膜后的PS的发光峰位(600nm)有很大的蓝移现象。我们使用PS的氧结合模型和ZnO的本征缺陷模型解释了复合膜的发光机理。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第一章 绪 论

1.1 引 言

1.2 ZnO材料的基本性质

1.3 ZnO材料的应用

1.4 ZnO 薄膜的研究现状及进展

1.5 本论文的选题背景与主要研究内容

参考文献

第二章 薄膜的制备技术和表征方法

2.1 ZnO薄膜的制备技术

2.2 薄膜的表征技术

2.3 本论文样品的制备

参考文献

第三章 氧分压对ZnO/PS 薄膜的微结构及其光学特性影响的研究

3.1 ZnO/PS复合薄膜的结构形貌

3.2 氧氩比对ZnO/PS复合薄膜的结构的影响

3.3氧氩比对ZnO/PS复合薄膜光学特性的影响

3.4 本章小结

参考文献

第四章 退火温度对ZnO/PS薄膜的微结构及其光学特性影响的研究

4.1 退火温度对ZnO/PS复合薄膜的结构的影响

4.2 退火温度对ZnO/PS复合薄膜光学特性的影响

4.3 本章小结

参考文献

第五章 退火气氛对ZnO/PS 薄膜的微结构及其光学特性影响的研究

5.1 退火气氛对ZnO/PS复合薄膜的结构的影响

5.2退火气氛对ZnO/PS复合薄膜光学特性的影响

5.3 本章小结

参考文献

第六章 总结和展望

6.1 总结

6.2 展望

附录：攻读硕士学位期间发表的论文

致谢