ZnO：Al薄膜的结构、电学性质和光学性质

摘要

ZnO是直接的宽带隙半导体材料，被广泛应用于光电器件上。本论文中，我们利用射频磁控溅射方法在玻璃基底上成功制备了高质量的ZnO：Al薄膜，并系统研究了基底温度和O2流量对薄膜结构、电学性质和光学性质的影响。利用X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、物理性质测试系统(PPMS)、光致发光谱(PL)和紫外-可见分光光度计对样品的结构、价态、电学性质和光学性质分别进行了测试。 实验发现，不同基底温度和O2流量下制备的ZnO：Al薄膜均沿(002)方向择优生长，且其中的Zn和Al分别以Zn2+和Al3+离子形式存在。此外，升高基底温度以及适当的O2流量，能够降低薄膜的室温电阻率，通过比较，发现基底温度为550℃的样品电阻率最低，为2.662×10-4Ωcm。对基底温度变化的一系列样品，在2～300K范围内研究了其电阻率随测量温度的变化关系，发现基底温度为550℃的样品表现出金属导电性，而基底温度为450℃的样品显示半导体行为，这两个样品内部的主要散射机制可能分别为晶格散射和电离杂质散射。对于O2流量变化的一系列样品，其磁电阻均为负值，这是由局域磁矩散射引起的。 所制备的样品均表现出很好的透光性，透射率平均在80％以上。所有样品的光学带隙均大于未掺杂样品的光学带隙，同时发现导电能力越强的样品(基底温度为550℃的样品和O2流量为0.1 sccm的样品)其光学带隙越宽，这可以用Burstein-Moss效应来解释。并且，通过对O2流量不同的样品光致发光谱中520nm附近绿光发射的研究，发现其可能起源于氧空位(Vo)施主与锌填隙(Zni)施主同锌空位(VZn)受主之间的复合跃迁发射。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 前言

1.1 ZnO的基本性质

1.2 ZnO的研究现状

1.2.1 p型掺杂的研究现状

1.2.2 n型掺杂的研究现状

1.2.3 ZnO:Al薄膜的研究现状

1.3存在的问题和本文主要工作

1.3.1 存在的问题

1.3.2本文主要工作

第二章 样品的制备和表征

2.1实验方法介绍

2.1.1射频磁控溅射原理

2.1.2直流对靶磁控溅射原理

2.2样品制备

2.2.1 ZnO:Al薄膜的制备

2.2.2 Al电极的制备

2.3样品的表征

第三章 ZnO:Al薄膜的结构和电学性质

3.1 基底温度对ZnO:Al薄膜的影响

3.1.1 基底温度对ZnO:Al薄膜结构和元素化合价的影响

3.1.2基底温度对ZnO:Al薄膜电学性质的影响

3.2 O2流量对ZnO:Al薄膜的影响

3.2.1 O2流量对ZnO:Al薄膜结构的影响

3.2.2 O2流量对ZnO:Al薄膜电学性质的影响

3.3本章小结

第四章 ZnO:Al薄膜的光学性质

4.1 透射光谱及光致发光谱的相关理论

4.1.1透射光谱的相关理论

4.1.2光致发光谱的相关理论

4.2 O2流量对ZnO:Al薄膜光学性质的影响

4.2.1 O2流量对透光性质的影响

4.2.2 O2流量对发光性质的影响

4.3 基底温度对ZnO:Al薄膜透光性质的影响

4.4本章小结

第五章 结论

参考文献

硕士在读期间已发表和已完成的论文

致谢