脉冲激光沉积法制备ZnO薄膜及其光学性质的研究

摘要

ZnO是一种宽带隙的半导体材料，具有六方纤锌矿结构，室温下它的能隙宽度为3.37eV，激子束缚能高达60meV，可实现室温下的紫外受激发射，在表面声波器件、紫外光探测器、压敏器件和紫外激光器件等领域具有广阔的应用前景。ZnO薄膜具有良好的透明导电性、压电性、光电性、气敏性、压敏性、且易于与多种半导体材料实现集成化。本文通过采用一种先进的薄膜制备方法一脉冲激光沉积在Si(100)上制备了ZnO薄膜，研究了制备参数(如衬底温度、氧压、激光脉冲能量等)对样品相关性质的影响。 通过X射线衍射(XRD)测试分析了样品的结构特性，结果表明所有样品均有C-轴取向的生长特性，随着衬底温度和氧压的升高，ZnO(002)峰的半高宽减小，薄膜的质量有所提高。 利用原子力显微镜(AFM)和扫描电子显微镜(SEM)对样品表面形貌进行表征，结果表明所有样品均垂直于衬底生长，且大部分表面晶粒尺寸均匀，在衬底温度为600℃时，薄膜出现了向ZnO纳米棒阵列转化的趋势。 通过对样品的光致发光(PL)特性测试分析可知，所有样品均出现较强的紫外发射和可见光(深能级)发射，而Mg掺杂的ZnO薄膜的PL谱测试却只出现了较强的紫外发射，深能级发射很弱，说明适量有效的掺杂能减少ZnO薄膜中的缺陷。 通过对样品的椭圆偏振光谱测试分析可知，随着衬底温度的升高，样品的折射率和消光系数均随波长增长呈递减趋势，且在波长为500nm后递减的幅度变小。

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致谢

第一章绪论

引言

1.1 ZnO的基本性质、结构和应用

1.2国内外研究进展和本人所做工作

第二章ZnO薄膜制备与实验

2.1薄膜生长过程及制备方法

2.1.1电子束蒸发

2.1.2分子束外延(MBE)

2.1.3磁控溅射法

2.1.4溶胶-凝胶法(sol-gel)

2.1.5薄膜氧化法

2.2 PLD法制备ZnO薄膜

2.2.1脉冲激光沉积工艺简介

2.2.2实验设备及实验过程

第三章ZnO薄膜的生长与表征

3.1薄膜的生长过程

3.2 ZnO薄膜的XRD研究

3.2.1 XRD理论原理

3.2.2样品的XRD测试分析

3.3样品表面形貌的表征方法

3.3.1原子力显微镜(AFM)的原理

3.3.2衬底温度对样品表面形貌的影响的AFM研究

3.3.3氧压对样品表面形貌的影响的AFM研究

3.3.4扫描电子显微镜(SEM)的原理

3.4 ZnO薄膜的生长机理的研究

第四章ZnO薄膜的光学性质的研究

4.1 ZnO薄膜的光致发光特性

4.1.1 ZnO的发光机制

4.1.2不同的制备条件对ZnO薄膜光致发光特性的影响

4.1.3 Mg掺杂ZnO薄膜的PL谱研究

4.2椭偏法测量ZnO薄膜的光学常数

4.2.1椭圆偏振光谱测量的基本原理

4.2.2不同衬底温度下制备ZnO薄膜的光学常数研究

第五章结论

参考文献

攻读硕士期间发表的论文