ZnWO单晶为衬底溶胶-凝胶法制备ZnO薄膜

摘要

氧化锌(ZnO)是一种具有六方纤锌矿结构的宽带隙半导体材料，室温下带隙宽度高达3.37eV。由于氧化锌具有较高的激子束缚能(60meV)，使其在室温下具有较强的激子发光，因而被认为是制作紫外和蓝光半导体激光器的合适材料。 本文采用溶胶-凝胶(sol-gel)工艺以ZnWO4单晶作为衬底材料，成功制备出透明的ZnO薄膜。采用的溶胶体系是以乙二醇甲醚为溶剂，醋酸锌为前驱体，乙醇胺为稳定剂反应制得。镀膜方法采用浸渍提拉法，经过干燥、预烧、退火，最后形成透明的多晶ZnO薄膜。 采用L9(34)正交实验对工艺参数进行了优化，通过分析得到一组较优的工艺参数：预烧温度330℃、退火温度600℃、提拉速度10mm/min、镀膜层数15层。通过光学显微镜对薄膜的成核生长过程进行了观察。实验结果表明：ZnO薄膜的形成经历了表面成核、晶粒长大和岛的形成三个不同的阶段。由于sol-gel法制备ZnO薄膜时，ZnO晶核的生长是在远离平衡的条件下进行的，生长过程非常复杂，其生长形态往往呈树枝状的枝晶，传质不均匀性导致尖端随机分叉，进而产生分形形态。通过控制薄膜的生长条件，选择合适的生长工艺参数，可以使生长界面处于稳定状态，从而控制枝晶生长、分形生长及失稳分解。 通过XRD分析得知，ZnO薄膜为六方晶系纤锌矿结构，具有高度的c轴取向性。样品在退火温度为600℃时，衍射峰强度最大，取向性最好。薄膜表面均匀致密，由许多星状晶粒组成，晶粒尺寸大约为40～80nm左右，单层镀膜厚度约为106～150nm。利用RF-540荧光分光光度计测试了样品的荧光光谱，分析了不同工艺参数和不同基体材料对ZnO薄膜光学性能的影响。结果表明：随着预烧温度和退火温度的增加，ZnO/ZnWO4的相对强度先增大后减小。温度过高或过低都不利于薄膜生长，最佳预烧温度在330℃附近，最佳退火温度在600℃附近，这与正交实验法得到的结果是一致的。不同基体材料上的光学性能分析得知：发光峰位的偏移与ZnO薄膜的生长应力和与衬底的晶格失配有关。

目录

文摘

英文文摘

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第1章绪论

第2章基体材料的选取、制备以及加工处理

第3章溶胶凝胶(sol-gel)浸渍拉法制备ZnO薄膜

第4章正交实验优化制备工艺参数

第5章氧化锌薄膜的成核生长、失稳分解及枝晶生长研究

第6章氧代锌薄膜的结构、形貌和光学性能分析

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

致谢