过渡金属掺杂ZnO薄膜的结构、透光性和电学性质研究

摘要

氧化锌(ZnO)是一种宽禁带的直接带隙半导体材料，它的晶格常数为a=0.32533nm，c=0.52073nm。由于它具有宽禁带(3.27eV)和高激子结合能(约60meV)等优良的性能，可广泛的应用于太阳能电池、压电薄膜、光电器件、气敏器件和紫外探测器等方面。通过对氧化锌进行过渡金属的掺杂，能改变它的特性。 本文利用CS-400型三靶射频磁控溅射仪在不同基片上成功制备了Cu掺杂氧化锌薄膜和Mn掺杂氧化锌薄膜，并对不同金属掺杂量的氧化锌膜进行了研究。结果如下： 一、采用射频磁控溅射技术在导电玻璃和石英衬底上制备了未掺杂和不同Cu掺杂量的ZnO薄膜，室温下测量了样品的XRD曲线，发现ZnO的(002)衍射峰强度随Cu掺杂量的增加先增强后减弱，Cu掺杂量为4.1％时(002)峰最强。用紫外分光光度计测量了样品的透光性，结果显示随掺杂量的增加其透光性减弱，但在Cu掺杂量为9.6％时其透光性还在60％以上。用四探针测量了样品的表面电阻率，薄膜的电阻率随Cu掺杂量的增加而增加。 二、在Si和石英衬垫上制备了未掺杂和不同Mn掺杂的ZnO薄膜，研究了不同Mn掺杂量对薄膜结构、光学和电学性能的影响。Zn1-xMnxO薄膜的XRD图谱显示Mn掺杂并未改变ZnO的纤锌矿结构，且掺杂前后的薄膜都具有良好(002)面的择优取向，但掺杂Mn后的ZnO(002)峰的半高宽(FWMH)比纯ZnO的减小了。Mn掺杂ZnO薄膜和纯ZnO薄膜的透射谱显示，在400～800nm的可见光区域掺杂前后都具有较高的透过率，纯ZnO薄膜的透射率大于90％，而掺杂Mn的ZnO膜的透射率也在80％以上，随着Mn掺杂量的增加，吸收边向长波长方向移动。同时发现，随Mn掺杂量的增加ZnO薄膜的电阻率显著增加，这可能是由于随着Mn的掺入使得薄膜缺陷增多，晶粒间界对载流子的散射增加，或者是表面纳米晶的形成使得薄膜电阻率变大了。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章引言

1.1背景及意义

1.2 ZnO薄膜的性质

1.2.1 ZnO的晶体结构

1.2.2 ZnO的基本性质及其应用

1.2.3 Cu掺杂ZnO薄膜的发光特性

1.2.4 ZnO薄膜的透明导电性

1.2.5 ZAO膜的应用

1.3 ZnO材料研究面临的问题

1.4本论文的研究思路和主要内容

参考文献

第二章ZnO薄膜的制备

2.1 ZnO薄膜的生长技术

2.1.1脉冲激光沉积

2.1.2化学气相沉积技术(CVD)

2.1.3金属有机物化学气相沉积(MOCVD)

2.1.4分子束外延(MBE)

2.1.5溶胶凝胶法(Sol-Gel)

2.1.6磁控溅射

2.2本实验样品的制备

2.3基片的清洗

参考文献

第三章薄膜的表征

3.1紫外透射和吸收谱

3.2膜厚的测量

3.3 X射线衍射(XRD)

3.4扫描电子显微镜(SEM)

3.5 四探针电阻率测量[6]

3.6阻抗分析仪

3.6.1阻抗的定义

3.6.2阻抗的测量方法

参考文献

第四章Znl-xCuxO薄膜的结构、透光性和电学性质

4.1 引言

4.2薄膜的XRD分析

4.3 Zn1-x CuxO薄膜的SEM分析

4.4 Zn1-x CuxO薄膜的AFM分析

4.5 Zn1-x CuxO薄膜的透光性

4.6 Zn1-x CuxO薄膜的电学性质

4.7本章小结

参考文献

第五章Zn1-xMnxO薄膜的结构、透光性和电学性质

5.1薄膜的XRD分析

5.2 Zn1-xMnxO薄膜的Raman分析

5.3 Zn1-xMnxO薄膜的SEM图片

5.4 Zn1-xMnxO薄膜的透光性

5.5 Zn1-xMnxO薄膜的电学性质

5.6本章小结

参考文献

第六章结论

攻读学位期间公开发表的论文

致谢