射频磁控溅射制备掺杂ZnO薄膜及其光吸收性能的研究

摘要

ZnO薄膜材料因其优异的压电性能和良好的光电性能在航空航天和通讯业等方面已得到深入研究和广泛应用.本文在综述ZnO薄膜研究现状的基础上,应用射频磁控溅射技术,研究了高C轴取向ZnO薄膜和Sb<,2>O<,3>、CeO<,2>单元及二元掺杂ZnO薄膜的制备工艺.分别采用SEM、EDS、XRD、XPS和紫外可见光分光光度计分析了ZnO薄膜的形貌、化学成分、结构、电子状态和紫外吸收性能.通过改变基片温度、溅射压、氩氧比及退火温度等工艺参数制备出高C轴取向的ZnO薄膜.根据SEM观测发现薄膜致密,基本无孔洞缺陷;EDS结果显示薄膜中的氧含量随溅射过程中氧气流量的增大而提高;XRD分析结果可知,制得的ZnO薄膜C轴择优取向性随工艺参数的变化不明显,晶粒大小为20~40纳米,与SEM观察结果一致,从而优化出磁控溅射的工艺参数.退火热处理后,薄膜中的残余应力减小,晶粒长大,致密度和均匀性都得到提高.通过紫外吸收谱发现高C轴取向的ZnO薄膜吸收性能优于混晶ZnO薄膜,且经过退火热处理的ZnO薄膜紫外吸收性能也明显改善.XPS检测发现单元掺杂ZnO薄膜中的Zn2p电子束缚能增大,Zn<'2+>失去电子成为施主;XRD结果表明,Sb<,2>O<,3>掺杂的ZnO呈混晶方式生长,而CeO<,2>掺杂的ZnO仍呈C轴择优取向生长;紫外吸收谱显示掺杂薄膜的吸收峰发生蓝移,在远紫外波段的吸收增强,ZnO的本征吸收峰也增强,且Sb<,2>O<,3>掺杂对ZnO薄膜紫外吸收性能的改善能力优于等含量CeO<,2>掺杂的薄膜.Sb<,2>O<,3>和CeO<,2>二元掺杂对ZnO薄膜的结晶质量、晶体结构和紫外吸收性能的影响程度均高于单元掺杂.

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第一章绪论

1.1薄膜概述

1.2薄膜的制备技术

1.2.1化学气相沉积法(CVD)：

1.2.2物理气相成膜法

1.3 ZnO薄膜的制备方法及研究进展

1.4本研究的主要目的和意义

1.5本研究的主要内容和技术路线

第二章实验装置与实验方法

2.1磁控溅射设备

2.2原材料的选择

2.2.1靶材的选择

2.2.2基片的选择

2.3磁控溅射的实验方法

2.4成分、结构与性能分析方法

第三章高C轴取向ZnO薄膜的制备及紫外吸收性能研究

3.1高C轴取向ZnO薄膜的制备工艺研究

3.1.1基片温度对ZnO薄膜的影响

3.1.2溅射压对ZnO薄膜的影响

3.1.3不同氩氧比对ZnO薄膜的影响

3.1.4退火温度对ZnO薄膜的影响

3.1.5高C轴取向ZnO薄膜的优化工艺参数验证

3.2紫外吸收性能研究

3.3小结

第四章单元掺杂ZnO薄膜的制备及其紫外吸收性能研究

4.1引言

4.2 Sb2O3掺杂ZnO薄膜的制备与紫外吸收性能研究

4.2.1 XPS分析

4.2.2结构分析

4.2.3紫外吸收性能研究

4.3 CeO2掺杂ZnO薄膜的制备及紫外吸收性能研究

4.3.1结构分析

4.3.2紫外吸收性能研究

4.4小结

第五章Sb2O3、CeO2共掺杂ZnO薄膜的制备及紫外吸收性能研究

5.1结构分析

5.2紫外吸收性能研究

5.3小结

第六章结论

致谢

在学期间的研究成果

参考文献