脉冲激光沉积法制备高质量ZnO薄膜及其缓冲层的研究

摘要

氧化锌(ZnO)是一种宽带隙(室温下3.3eV)Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体，激子结合能为60meV，具有六方纤锌矿结构。ZnO薄墨菊有良好的透明导电性、压电性、光电性、气敏性和压敏性，且易于与多种半导体材料实现集成化。由于这些优异的性质，使其具有广泛的用途和许多潜在用途，如声表面波器件、平面光波导、透明电极、紫外光探测器、压电器件、压敏器件、紫外发光器件和气敏传感器等。近年来，对其研究和开发在国内外科学界及工业部门引起了极大的关注和兴趣。 本文通过采用脉冲激光沉积法在单晶Si(100)衬底上生长了沿c轴高度取向的高质量ZnO薄膜。衬底温度、环境氧压、脉冲频率是影响薄膜质量非常重要的三个因素。通过AFM、XRD和PL谱测试研究这三个因素对所制备薄膜的表面形貌、结晶性能和光学性质的影响。进行了ZnO薄膜可控生长方面的研究，对ZnO薄膜的制备条件进行了优化。 论文进行了ZnO薄膜缓冲层的研究。ZnO与Si衬底失配度较大，所生成ZnO薄膜的质量受到影响。本文引入了缓冲层并就生长过程中缓冲层的引入对薄膜质量的影响作了分析。通过研究发现，引入缓冲层后，ZnO薄膜表面形貌明显改善，XRD半高宽减小，表明结晶质量提高。论文对缓冲层在薄膜生长中的作用进行了探讨。

目录

文摘

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论文说明：图表目录

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致谢

第一章绪论

1.1引言

1.2氧化锌基本性质

1.2.1氧化锌的晶体结构

1.2.2 ZnO的电学性质

1.2.3 ZnO的光学性质

1.3氧化锌材料的研究进展及应用

1.4本文研究内容

第二章氧化锌薄膜的生长机制及其制备

2.1薄膜的生长机制

2.1.1薄膜形成过程

2.1.2薄膜择优定向生长

2.3 ZnO薄膜制备方法

2.4实验样品制备

2.4.1脉冲激光沉积法原理及技术特点

2.4.2脉冲激光系统的组成

2.4.3薄膜制备过程

第三章氧化锌薄膜表面形貌的研究

3.1原子力显微镜简介

3.1.1 AFM的工作原理

3.1.2原子力显微镜的工作模式

3.1.3原子力显微镜的优点

3.1.4实验仪器简介

3.2表面形貌结果与讨论

3.2.1氧压对样品表面形貌的影响的AFM研究

3.2.2频率对样品表面形貌的影响的AFM研究

3.2.3温度对样品表面形貌的影响的AFM研究

3.3本章小结

第四章氧化锌薄膜的XRD研究

4.1 X射线衍射原理

4.2实验仪器简介

4.3样品的XRD分析与讨论

4.3.1不同衬底温度下样品的XRD分析

4.3.2不同频率下样品的XRD分析

4.4本章小结

第五章氧化锌薄膜发光特性的研究

5.1光致发光特性

5.2 ZNO发光机理的研究

5.2.1绿光的发光机制

5.2.2紫外光的发光机制

5.2.3其他光的发光机制

5.3不同的制备条件对ZnO薄膜光致发光特性的影响

5.3.1氧压对PL谱的影响

5.3.2衬底温度对PL谱的影响

5.3.2薄膜厚度对PL谱的影响

5.4本章小结

第六章氧化锌同质缓冲层的研究

6.1外延技术的发展

6.2实验结果与讨论

6.2.1缓冲层ZnO薄膜的AFM分析

6.2.2缓冲层ZnO薄膜的XRD分析

6.2.3缓冲层的作用探究

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文