溶胶凝胶法制备znlt1xgtmgltxgto薄膜及其性能研究

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1、摘要摘要氧化锌是一种II．Ⅺ族宽禁带隙(3．30eV)氧化物半导体材料。具有较大的激子束缚能(～60meV)，可以实现室温下的紫外受激辐射，是一种很有前途的紫外光电子器件材料，极具开发和应用价值，特别是ZnO薄膜紫外激射的发现，使它成为国内外在半导体材料研究中的新热点。传统上，ZnO薄膜被广泛应用于声表面波器件、体声波器件、气敏传感器、压敏电阻、透明电极、紫外探测器等领域。近年来，ZnO作为宽禁带半导体光电材料的研究越来越受到人们的重视。ZnO薄膜有许多优点，如生长温度低，介电常数低，机电耦合系数大，温度稳定性好，光透过率高，受激辐射阂值低，化学性能稳定等。由于

2、znO单晶生长困难、价格昂贵、尺寸小(仅有1锄3大小的单晶)，难以满足各种应用的需要，因此对各种ZnO薄膜制备技术的研究和开发成为ZnO材料及器件应用研究的一个重要方向。目前，比较好的成膜技术有分子束外延(MBE)和脉冲激光沉积法(PLD)。但成本太高，不能实现大面积成膜。本论文采用溶胶一凝胶(Sol-Gel)工艺制各ZnO及ZnMgO合金薄膜，详细研究了升温速率、薄膜厚度、退火温度等工艺参数对薄膜的结晶质量和发光性能的影响。取得了一些有意义的结果。主要内容如下：1、采用溶胶一凝胶工艺使用不同的有机试剂在玻璃衬底上制备了ZnO薄膜，x射线衍射仪(XRD)结果表明

3、，ZnO薄膜均为纤锌矿结构。但是使用乙二醇甲醚制备的ZnO薄膜呈现自由生长的特点；相反，使用聚乙烯纯所制备的ZnO薄膜则具有C柱择优取向生长的特性。2、室温下样品光致发光光谱的测量结果表明，所有的样品均有两个发射带，即近带边紫外发射和可见发射带。随退火温度的升高，样品的紫外发射带增强，可见光发射逐渐减弱，当退火温度升为600"C时，紫外发射最尖锐，几乎观察不到可见光发射。3、测量生长在玻璃基底上的氧化锌薄膜的吸收光谱，结果表明：样品在380nlrl附近有一陡峭的吸收边，所对应的能量值为3．20eV。ZnO薄膜透射光谱的测量结果表明：样品在可见光波段的平均透过率为

4、85％。4、采用溶胶一凝胶法在玻璃衬底上制备Znl．xMgxO(x=0．1，0．2，0．3，0．4，0．5，0．6，0．71合金薄膜。XRD衍射测试表明：在O．10．3的范围内，合金薄膜的结构则为氧化锌和氧化镁的混合结构；室温光致发光谱表明：ZnMgO合金薄膜PL谱都是由较强的紫外发射带组成，且随着Mg含量的增加紫外发射峰位发生蓝移，同时可见发射增强。关键词：znl一,MgxO薄膜；溶胶-凝胶法：晶体结构

5、；光致发光：吸收光谱：透射光谱IIAbstractZincoxideisanew-styledU—V1widebandgap(3．30eV)semiconductormaterial．Ithascomparativelylargeexcitonbindingenergy(60meV)andcallbeexcitedtoemitbyultravioletattheroomtemperature．Therefore，ZnOisakindofverypromisingmaterialformakingtheultravioletoptoelectronicdevice

6、sandgreatlydeservesbeingdevelopedandputi．napplication．Especially,thediscoveryofultraviolet-excitedemissionofZnOfilmmakesitthehottopicamongthesemiconductormaterialresearchesbothathomeandabroad．Traditionally，ZnOisusedassurfaceacousticwavedevices(SAW)，bulkacousticdeviees(BAW)，gaS$cnsors

7、，varistors，transparentelectrodes，UV-detectors，andetc．Inrecentyears，ZnOhasgainedmoreandmoreattentionasawidebandsemicodductor．Comparedtootherwildlystudiedwidebandsemiconductor,ZnOispromising：higll—qualityZnOwithverylowdefectdensitiescanbesynthesizedatmuchlowertemperature；ZnOcarlemitlig

8、htwithshorte