氧化锌(zno)半导体材料具有较宽的带隙和较高的激子束缚能,,照明

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1、氧化锌(zno)半导体材料具有较宽的带隙和较高的激子束缚能,,照明毕业设计摘要纤锌矿结构氧化锌（ZnO）是一种宽禁带的直接带隙氧化物半导体材料，它具有低介电常数、大光电耦合系数、高化学稳定性、高的激子结合能以及优良的光学、电学及压电特性等，因此在许多方面有着潜在的使用价值，可广泛的应用于太阳能电池、压电薄膜、光电器件、气敏器件和紫外探测器等方面。对于ZnO材料的研究，我们已经取得了很大的成就，但是这些研究主要是集中于其材料的实验制备、功能和电子结构等理论工作。近年来，过渡金属掺杂ZnO等稀磁半导体

2、材料成为了人们的研究方向，激起了人们的研究欲望。通过对氧化锌进行过渡金属的掺杂，能改变它的特性，同时也具有铁电性，所以成为了集成光电器件中一种极具潜力的材料。关键词：1绪论1.1引言当前，人类社会已经进入了一个全新的信息化时代，信息的传输、处理、存储等过程都是通过电子和光子来参与实现的，光电子在信息技术领域中起到了举足轻重的作用。上个世纪，人们制备出了红外发光二极管LED和LD，实现了光通信和光信息处理。随着社会经济的快速发展，人们对于信息技术的要求也越来越高，一直在不断的研究中寻求新的技术。最近

3、，ZnO材料由于其优越的性能引起了人们的研究热情。氧化锌(ZnO)作为一种新型的Ⅱ-Ⅵ族宽禁带化合物半导体材料，具有禁带宽度大（约3.37eV），相比与其他的宽带隙材料，其激子束缚能高达60meV，这使得ZnO在室温下有更高效率的机子发光，是一种在紫外和蓝光发射方面很有前途的新型光电子材料。ZnO材料的出现，让人们意识到了这种半导体材料在制备短波长发光器件中的研究潜力。1.2掺杂氧化锌的研究背景自从20世纪初透明导电氧化物（TCO）被发现，人们便开始在各种衬底沉积该种薄膜以使其用途多样化，现已在太

4、阳能电池、液晶显示器、气体传感器、紫外半导体激光器以及透明导电薄膜等方面具有广泛的应用。通过各种不同的掺杂，氧化锌(ZnO)能具有很好的光电性能，是光电器件极具潜力的材料.。例如：掺Li的ZnO具有铁电性，可以开发为铁电器件；掺Al、In的ZnO薄膜导电性好，透过率高，可以用于平板显示器和太阳能电池的透明电极；掺Li、Mg具有很好的光电性质，现已广泛用于光电开关等光电器件。现在对掺杂ZnO薄膜的结构、光学、电学和磁学性质的研究成为国际热点之一。目前Mg摻杂ZnO薄膜作为一种新兴的光电材料，引起了人

5、们的浓厚兴趣,通过改变Mg的含量可使禁带宽度从3.2～7.8eV连续可调，从而可以制得覆盖从蓝光到紫外广谱区域的半导体激光器，带隙连续可调性可以用来作为ZnO/Mg摻杂ZnO半导体量子阱及超晶格等结构的势垒层。因此，对Mg掺杂ZnO薄膜的制备和性质研究是一项很有意义的课题。近年来，通过理论计算我们已经预言了Mg摻杂的P型ZnO的居里温度高达300K以上，同时显示出铁磁性，因此很多研究者都对Mg摻杂的ZnO产生了浓厚的兴趣，认为它是一种很有前景的稀磁半导体材料（稀磁半导体是自旋电子学领域一个重要的研

6、究内容，稀磁半导体(dilutedmagneticsemiconductor，简称DMS)又称半磁半导体，是指由磁性过渡金属离子和稀土金属离子部分替代非磁性阳离子后形成的一类半导体材料）在自旋电子学方面有着重要的应用。Dietl等理论计算了各种稀磁半导体材料的居里温度，结果表明在具有宽禁带的氧化物半导体ZnO中掺入磁性离子后，可能制备出具有室温磁性的稀磁半导体；Sato等通过第一性原理计算，证明了过渡金属元素(Mn，V，Cr，Fe，Co，Ni)掺入ZnO中，其磁矩表现为铁磁有序。ZnO基材料中的铁

7、磁行为意味着可能制备出新型ZnO透明铁磁性材料，在微电子技术领域将具有广阔的应用前景，已成为当今材料科学研究中的一个热点。1.3本论文的研究内容ZnO薄膜是直接带隙半导体，具有很好的光电性质，对紫外光有较为强烈的吸收，在可见光区，光透过率接近90%。ZnO薄膜的光电特性与其化学组成、能带结构、氧空位数量及结晶密度相关，在适当的制备条件及掺杂条件下，ZnO薄膜表现出很好的低阻特征。另外，Mn掺杂后对ZnO薄膜的光学、电学等性能有显著影响，而Mn等过渡族金属掺杂ZnO薄膜有望制备出稀磁半导体，并有可能

8、成为新一代信息存储的载体。所以本课题针对Mn掺杂ZnO薄膜进行理论分析，主要从理论上分析、归纳Mn掺杂对ZnO薄膜的晶格结构、表面形貌、光学性能、铁磁性能等的影响。主要包括以下几个方面：一、ZnO的研究背景以及掺杂ZnO的研究背景，研究意义。二、ZnO的晶格结构、能带结构、密度分布图、基本性能研究以及应用，ZnO缺陷分类、作用，以及掺杂的基本方法，ZnO的形态结构，ZnO薄膜的应用。三、稀磁半导体的定义、晶格结构、分类、性质、应用，研究历史，以及稀磁半导体的制备方法、研究意义。四、