电子束蒸发制备纳米氧化锌掺铝薄膜及其光电性质研究

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1、摘要氧化锌(ZnO)是一种具有六方结构的II-VI族宽带隙半导体材料，室温’卜．带隙宽度高达3．3eV。由于氧化锌具有较高的激子束缚能(60meV)，保证了其在室温下较强的激子发光，因而被认为是制作紫外半导体激光器的合适材料。自1997年首次发现ZnO室温紫外受激发射以来，ZnO研究已成为继GaN之后紫外发射材料研究的又一研究热点。而近年来ZnO薄膜作为ITO薄膜的替代材料，成为透明导电薄膜的新宠，正引起人们F1益广泛的关注。本文介绍了采用电子束蒸发方法在Si衬底和石英衬底上制备出了具有C轴择优取向的氧化锌掺铝(ZnO：A1)薄膜材料，并通过后退火

2、的方法进一步改善了薄膜的质量。采用x射线衍射谱、光致发光谱、低温光致发光谱等测量手段对样品的结构和光学特性进行了表征。通过VanderPauw测试方法，对ZnO：A1薄膜的电学性质进行了分析。实验结果表明利用电子束蒸发方法制备的ZnO：A1薄膜材料，在经过氮气气氛下退火处理后，能够表现出较好的发光和结构特性。并且发现低温退火有利于Al31离子扩散进入ZnO中的zn”离子格位，而高温退火反而会降低掺杂比。电学测量还表明，500oC为最优化退火潺度。这为进一步研究ZnO：A1薄膜的特性奠定了一定的基础。关键词：ZnO：A1薄膜，退火，光致发光，Vand

3、erPauw测试AbstractZincoxideisaII—V1wideband—gap(3．3eV)compoundsemiconductorwithwurtzitecrystalstructure．Duetothelargeexcitonbindingenergyof60mev，whichensuresthehighefficientexcitonicemissionatrooro_temperature，itisregardedasoneofthemostpromisingmaterialsforfabricatingefficientul

4、traviolet(UV)andbluelightemittingdevices．Sincethefirstobservationofthestimulatedultravioletemissionatroomtemperature，ZnOhasbecomeanotherhotspotintheregionofUVlightemittingresearching．A1一dopedZnO(ZAO)thinfilmsareeme唱ingasanalternativepotentialcandidateforITO(Sn-dopedIn203、films

5、recentlynotonlybecauseoftheircomparableopticalandelectricalproperties(highopticaltransparencyinvisiblerange，infraredreflectanceandlowd．e．resistivity)toITOfilms，butalsobecauseoftheirhigherthermalandchemicalandchemicalstabilityundertheexposuretohydrogenplasma曲部lITO．Inthisdissert

6、ation，A1一dopedZnOthinfilmsonSi(100)andquartzsubstmteswerepreparedbyusingelectronbeamevaporationtechnique．X—raydiffraction(XRD)，photoluminescencespectra,transmittancespectra,VanderPauwexperimentwereemployedtostudytheopticalandelectricalpropertiesofZnO：A1thinfilms，Theexperimenta

7、lresultsshowthattheZnO：A1filmsNeparedbyelectronbeamevaporationCanbegreatlyimprovedbyannealingofinoxygenambient．TheXRDpatternsindicatedthattheypossessapolycrystallinehexagonalwurtzitestructurewithapreferred(002)orientation．Theelectricalproperties，includingconducfivi．[y，Hallmobi

8、lityandcarryconcentrationwerechangedwiththeannealingtemperatu