文档介绍：Co 掺杂 ZnO 薄膜的椭圆偏振光谱研究
理学院材料系材料科学与工程专业麦满芳
学号:2002143006
【摘要】本文采用磁控溅射法利用亚分子(原子)分层掺杂技术在 Si(001)衬底上制备
了 Co 掺杂 ZnO 薄膜。对样品做了 XRD 结构分析,结果表明所制得的薄膜结晶程度良好,具
有 c 轴择优取向。在浓度小于 %时没有出现杂质的峰,在浓度大于 %时出现 Co 的弱峰。
室温下,- 光子能量范围的椭圆偏振光谱,研究了它的光学常数折射
率、消光系数和禁带宽度。随着 Co 含量的增大,光学吸收边出现红移的现象,并与文献中
的结果进行了比较,解释了红移的原因。最后针对椭偏解谱中有效避开伪解寻找真值给出了
建议。
【关键词】 Co 掺杂 ZnO 薄膜;椭圆偏振光谱;折射率;消光系数;红移
【教师点评】该文采用磁控溅射法利用亚分子(原子)分层掺杂技术在 Si(001)衬底
上制备了 Co 掺杂 ZnO 薄膜。样品 XRD 分析结果表明所制得的薄膜具有良好 c 轴择优取向。
室温下,测量了样品在 - 光子能量范围的椭圆偏振光谱,分析了 Co 含量对光学常
数-折射率、消光系数和禁带宽度的影响,对光学吸收边红移的现象进行了初步的分析。Co2+
离子替代 Zn 离子的位置的局域 d 电子之间的 sp-d 交互作用而产生红移,s-d 和 p-d 交互作
用分别对导带边和价带边作负的和正的修正,导致禁带变窄的解释还需进一步的实验支持。
点评教师:理学院材料科学与工程系马晓翠教授
Spectroscopic ellipsometry study
of Co-doped ZnO films
【Abstract】Co-doped ZnO films have been prepared on (001)-oriented Si substrates by the
radio-frequency(rf) ron sputtering. The Co content is controlled by varying Co-sputtering
time using layered method. The crystal orientation and crystallinity of the films are determined by
X-ray diffraction, only (002) peaks without any impurity peaks are observed up to % indicating
the c-axis orientation of films. The optical properties of the samples are measured by
spectroscopic ellipsometry at room temperature in the - photon energy region. We have
studied the refractive index、exctinction coefficient and the band gap. As Co content increases, the
optical band gap absorption edge of the films shows a redshift, the results pared to
literature data, then interprete the redshift. As to solve the optical parameters of the films, we give
the suggestion on avoiding false solution and finding accurate ones.
【Keywords】Co-doped ZnO films; spectroscopic ellipsometry;refractive index;; exctinction
coefficient; redshift;
ZnO 薄膜是一种具有优良的压电、光电、气敏、压敏等性质的材料。在透明导体、发光
元件、太阳能电池阳极膜、光波导器、单色场发射显示材料、高频压电转换器、表面波元件、
微传感器以及低压压敏电阻器等方面具有广泛的应用[1]-[7] 。目前,许多对 ZnO 薄膜各种性
质的研究正在如火如荼地进行。
ZnO 作为一种新型的 II - V I 族宽禁带