ErYbAl掺杂ZnO薄膜的结构与形貌研究.pdf

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1、第26卷第5期山东建筑大学学报V01．26No．52011燕10月JOURNALOFSHANDONGJIANZHUUNIVERSITY0ct．20ll文章编号：1673—7644(2011)05-0425一o4Er／Yb／A1掺杂ZnO薄膜的结构与形貌研究韩利新，张宁玉，霍庆松，宋红莲(山东建筑大学理学院，山东济南250101)摘要：采用射频磁控溅射技术在室温下si衬底上制备了ZnO薄膜和Er／Yb／A1掺杂的ZnO薄膜。通过对XRD的结构分析表明：未掺杂ZnO薄膜沿c取向性生长，掺杂ZnO薄膜偏离了正常生长，变为

2、(102)取向性生长的纳米多晶结构；Er／Yb／A1掺杂的ZnO薄膜的晶粒尺寸随着Er元素含量的增多而减小。经AFM对其形貌分析表明：Er3、Y、Al¨的掺入引起了ZnO薄膜晶格场变化，使薄膜表面粗糙度变大。关键词：射频磁控溅射；ZnO薄膜；掺杂；结构；形貌中图分类号：0484．1文献标识码：AStudyonthestructureandmorphologyofEr／Yb／AI-dopedZnOthinfilmHANLi—xin，ZHANGNing—yu，HUOQing—song，eta1．(SchoolofSci

3、ence，ShangdongJianzhuUniversity，Jinan250101，China)Abstract：ZnOthinfilmsandEr／Yb／A1-dopedZnOthinfilmsonSisubstratewerefabricatedbyusingRFmagnetronsputteringmethodatroomtemperature．TheXRDstructureanalysisshowsthatundopedZnOthinfilmgrowsalongtheCorientation，butdo

4、pedZnOthinfilmsdeviatefromthenormalgrowthorientationandbecomenano-multi—crystalstructurewhichisalong(102)orientationandthecrystal-litesizeofZnOthinfilmdopedtheEr／Yb／A1decreaseswiththeincreaseofthecontentoftheErele-ment．ThemorphologybyAFManalysisshowsthatEr“、Yb

5、¨、A1¨thatisdopedintheZnOthinfilmscauseachangeofcrystalfieldandmaketheSUl~aceroughnesslarger．Keywords：RFmagnetronsputtering；ZnOthinfilm；doping；structure；morphology(002)取向性生长。ZnO的原料易得、廉价、无毒，0引言性能稳定，是最具开发潜力的新型功能材料之一，被广泛应用于表面声波器材、气体传感器、太阳能电池ZnO是一种优良的宽带隙Ⅱ．Ⅵ族n型半导体电极

6、、磁光、电光器件、压电器件、新型发光材料、缓材料，晶格常数：a=b=0．32496nm，C=0．520冲层等领域。65nm，带隙E=3．37eV⋯，其激子结合能高达目前制备ZnO薄膜的方法主要包括磁控溅射60MeV，比同是宽禁带材料的ZnSe(20MeV)和GaN法J、分子束外延(MBE)法、脉冲激光沉积(PLD)(21MeV)都高，室温下易实现高效受激发射。它在法、金属有机化学气相沉积(MOCVD)法和溶胶一凝室温下的稳定相是六角纤锌矿结构，通常具有胶(Sol—Ge1)法等。分子束外延法制备的薄收稿日期：201l

7、—o6—1O基金项目：住房和城乡建设部研究开发项目(2010一K4—15)；山东建筑大学博士基金(010180921)作者筒介：韩利新(1987一)，男，山东泰安人，在读硕士，主要从事光电半导体研究．E—mail：hanlixin2012@126．corn山膜质量最高，有利于生长单晶薄膜，但设备昂贵；脉冲激光沉积法生长的薄膜往往不够均匀，很难生长2结果与讨论大面积的薄膜；金属有机化学气相沉积法使用的原材料大多是易燃、有毒物质，并且设备也不便宜；溶根据Er／nI／掺杂量我们对样品进行编号，样胶一凝胶法制备的薄膜多为多

8、晶薄膜，稳定性差；磁品s1为纯ZnO靶，样品S2、s3、s4是质量比分别为控溅射法可以用来溅射各种固体材料，并且具有沉EhO3：Yb2O3：ZnO：A12O3=1：9．254：36．412：42．959，积速率高、成膜温度低、膜厚的可控性和重复性好，Er203：Yb2O3：ZnO：A12O3=1：3．091：12．162：14．17，薄膜与基片的附着力强、薄