高热导石墨衬底上氧化锌薄膜的超声喷雾热解法生长研究

摘要

ZnO是Ⅱ-Ⅳ族直接带隙半导体材料，室温下禁带宽度为3.37eV，同时具有高达60meV的激子束缚能以及出众的光学和电学特性，这使其在下一代短波长发光二极管和激光器领域具有潜在的应用价值。它的制备可以通过化学气相沉积法(CVD)、分子束外延法(MBE)、溅射法、脉冲激光沉积法(PLD)，气相传输法(VPT)、水溶液法、热蒸发法、以及超声喷雾热解法等来实现。其中超声喷雾热解法获得了人们的广泛关注，因为其有成本低廉、操作简单、空气氛围下即可实现等优点。最近在氧化锌的研究领域中，控制ZnO本底电导率和p型掺杂方面取得了一定的进展，但是还有很多重要的问题有待解决。例如，对于大功率器件来说一个很严峻的问题就是散热问题，如何选择衬底是解决这个问题的关键。另外，对于一些特殊的应用，例如大面积可折叠器件和高功率器件，需要把ZnO薄膜转移到异质衬底上，例如柔性塑料或者金属衬底。如何把ZnO薄膜从衬底上分离又是一个需要解决的问题。考虑到石墨的多层结构以及低热阻特性，可以选用石墨作为生长ZnO薄膜的衬底。
　　本文利用超声喷雾热解法在石墨沉底上生长ZnO薄膜，利用Zn(CH3C00)2·2H2O水溶液作为前驱溶液。把不同的生长温度和生长时间作为变量，系统地测试了用这种方法生长的ZnO薄膜的晶体结构、表面形貌和光学性质。在室温光致发光谱中检测到了最佳样品的近带边紫外发射。然而，经常被检测到的与缺陷有关的深能级发射几乎没有被检测到，这表明通过超声喷雾热解法可以生长出高光学性质的ZnO薄膜。考虑到石墨衬底可转移和低热阻的性质，这一结果将在足够功率持久性的高功率半导体器件领域引发人们的兴趣。

目录

声明

摘要

引言

1 绪论

1．1 ZnO材料的基本特性和制备方法

1．1．1 ZnO材料的基本特性

1．1．2 ZnO材料的制备方法介绍

1．2 ZnO材料的应用前景介绍

1．3 ZnO薄膜在大功率器件等应用领域存在的主要问题

1．4 本论文的主要研究内容

2 本论文采用的制备与表征方法介绍

2．1 超声喷雾热解法生长ZnO薄膜技术简介

2．1．1 超声喷雾热分解法的简要介绍及发展历史

2．1．2 超声喷雾热分解法的原理及装置

2．2 本论文采用的表征方法

2．2．1 X射线衍射

2．2．2 扫描电子显微镜

2．2．3 光致发光谱

2．2．4 透射谱测量

2．2．5 其他常用表征方法

3 ZnO薄膜／石墨结构的形成和性能表征

3．1 引言

3．2 实验过程

3．3 实验结果与分析

3．3．1 X射线衍射分析

3．3．2 表面形貌分析

3．3．3 光学性质研究

3．4 小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢