zno薄膜制備及其光、電性能研究

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1、_}蠢夫擎簿士淪文ZnO薄膜制備及其光、電性能研究摘要六方纖鋅礦結構的ZnO材料出于其具有獨特的電學和光學性能,在壓電、氣體傳感器、光電器件等領域有廣泛的應用。本文采用Sol-gel法和RF磁控濺射法在玻璃祁Si(1lI)襯底上沉積了ZnO薄膜,并對薄膜的結構、襲蕊形貌、電學性藐琴囂斃學漣縫等遴抒了表緩。以二水合醋酸鋅、乙二醇甲醚、乙醇被、二永合氯化鎂等為魏驅(qū)物,在載玻片襯底上Sol--gel法制備TZnO薄膜,系統(tǒng)研究了摻雜量、溶液濃度、熱處理溫度等對薄膜性能的影響。實驗結果表明,適鬣Li或M

2、g的摻雜可促進薄膜(002)定向生長,著明顯提贏材辯的電阻率;溶液濃鷹為O.45mol/L、旋涂7次、在610℃下熱處理戇Li/Mg共摻(Li/Zn=0,10,Mg/Zn*0.04)ZnO薄貘星城投靜靜(002)定向性,定向指數(shù)達O.96t,電阻率達6.0x107ncm。薄膜從光致發(fā)光研究表明,“摻雜ZnO薄膜在PL譜上出現(xiàn)了403nm的發(fā)光峰,同時ZnO的帶邊發(fā)射(NBE)蜂(371nm)消失,而Mg摻雜后不改變NBE峰的位囂。隨Li和/或Mg摻雜濃度熬秀怒,ZnO蘑簇謄葶辯數(shù)滾戇緩發(fā)競漣(D

3、LE)變疆。臀次采用高RF磁控濺射功率(550W)制鑄了(100)擇優(yōu)取翔翰Zn0,其定向指數(shù)可達0.752,而在較低的功率(200~380W)下濺射,薄膜呈現(xiàn)很好的(101)取向,定向指數(shù)達0.799;旗片加熱至250。C、濺射功率200W時,制備的ZnO薄膜剃襲現(xiàn)為(002)擇優(yōu)欺自蛙,定向指數(shù)為0.742。馱原予堆積方式懿角度提出了不潮擇優(yōu)取南薄貘的鬢三長楓理。對三釋攆饒毅囪薄簇豹鑫掇鬻數(shù)懿測試縫采表明,(002)取向的晶胞較小,而(101)取向的薄膜晶胞最大。(100)取向薄膜的PL譜以

4、Li的雜質(zhì)能級峰(399nm)為主,(002)取向的薄膜以Zni缺陷的能級峰(420nm)為主,而(101)取向薄膜主要為帶邊發(fā)射(384nm);薄膜的電阻率隨濺蘩功率豹遂熱瑟逢太;薄膜懿衰瑟形襞表鞠,(100)醞逡翁澎羧與英它取淘薄膜相比晶柱更加細密。佟為對比,實驗還在Si(111)襯底上磁拄濺射了ZnO薄膜,結果裁明,RF功率在200.~550W范圍內(nèi)均可敬得(002)定向性極好薄膜,而在100W功率下,薄膜呈現(xiàn)“叭)擇優(yōu)取向。V上海大學辯-t曉文Li的摻雜會使磁控濺射的ZnO薄膜光學禁帶繳

5、度變小,(10I)取向溥膜的光學禁帶寬鷹最大,隨熱處理溫度升高及濺射功率的增大,薄膜的禁帶寬度隨之變小。實駿還蓄次麓Sol--gel滾弼蟄Li、Mg瑟Li/Mg:ZnO過渡層,孬在過渡垂皇磁控濺射ZnO薄膜。結果表明,在Mg:ZnO、Li/Mg:ZnO過渡層上沉積的ZnO薄膜(002)定向性要明顯優(yōu)于譙Li:ZnO過渡層上沉積的薄膜,且(002)定向性隨過渡層加脬麗提高。采用Mg:ZnO過渡層(2層)、在優(yōu)化的濺射功率下(380W)蒡蓮雩亍逶豢懿熬處理,摹l褥靜ZnO薄簇(002)定囪撂數(shù)可達0

6、。948,翳瓣,薄摸中靜晶載均勻,致密性好。在低溶液濃度(O.25mol/L)下,采用Sol--gel法在玻璃襯底上可制得(002)定向指數(shù)達O.984的ZnO納米糕陣列(直徑50~80nm,長度200~500nm):溶液激發(fā)提贏質(zhì),這些納米捧密度增搬,楣互之間出現(xiàn)糙連,表現(xiàn)為薄膜褥縫。論文還討論了鞠米棒懿形成橇稍。關鍵詞;ZnO薄膜:Sol—geI法:RF黻控濺射法;PL譜;ZnO過渡層:ZnO納米棒陣列(10I)定翻:(100)定向V{上海大學媾:£銫文StudyOilPreparation

7、,ElectricalandOpticalPropertiesofZnOThinFilmsAbstractZnOmaterialwithhexagonalwurtzitestructurehasbeenwidelyusedinpiezoelectric,optoelectronicdevicesandsensorsduetoitsuniqueelectricalandopticalproperties.InthispapeLtwomethods,sol。gelandRFmagnetronsput

8、tering,wereemployedtofabricateZnOthinfilms。Thestructural,electricalandopticalcharacteristicsofZnOfilmswereinvestigatedusingXRD,AFM,SEM,EDSandphocoIuminescent(PL)measurements“+,M礦andLi+/Mg”dopedZnOfilmswerepreparedOnlime-glasssubstratebys01.gelmethodu

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