文档介绍：分类号:O484 学校单位代码:10446
博士学位论文
论文题目:ZnO 及其掺杂薄膜结构与性质研究
研究生姓名:董艳锋
学科、专业:光学
研究方向:固体发光与光谱分析
导师姓名、职称:李清山教授
论文完成时间:2012 年 4 月
曲阜师范大学研究生学位论文原创性说明
(根据学位论文类型相应地在―□‖划―√‖)
本人郑重声明:此处所提交的博士□√/硕士□论文《ZnO 及其掺杂薄膜
结构与性质研究》,是本人在导师指导下,在曲阜师范大学攻读博士□√/硕
士□学位期间独立进行研究工作所取得的成果。论文中除注明部分外不包
含他人已经发表或撰写的研究成果。对本文的研究工作做出重要贡献的个
人和集体,均已在文中以明确的方式注明。本声明的法律结果将完全由本
人承担。
作者签名: 日期:
曲阜师范大学研究生学位论文使用授权书
(根据学位论文类型相应地在―□‖划―√‖)
《ZnO 及其掺杂薄膜结构与性质研究》系本人在曲阜师范大学攻读博
士□√/硕士□学位期间,在导师指导下完成的博士□√/硕士□学位论文。本
论文的研究成果归曲阜师范大学所有,本论文的研究内容不得以其他单位
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阅和借阅。本人授权曲阜师范大学,可以采用影印或其他复制手段保存论
文,可以公开发表论文的全部或部分内容。
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摘要
摘要
氧化锌(ZnO)是一种新型直接宽带隙半导体材料,室温下禁带宽度为 eV,激子
束缚能为 60 meV,有优良的物理和化学性质,在平板显示器、太阳能电池、紫外探测器和
透明导电薄膜等领域有广泛的应用前景。尽管人们已对 ZnO 薄膜进行了研究,并取得了一
些有价值的研究成果,但目前 ZnO 薄膜的质量没有达到实用化要求,因此制备高质量的
ZnO 薄膜是目前研究的一个重要方向。脉冲激光沉积(PLD)法是一种有效的方法。ZnO
优异的光电性能被广泛研究的同时,在 ZnO 基质中掺入外来的离子从而改变 ZnO 结构性
能更是拓宽了 ZnO 潜在的应用领域。作为一种重要的红光发光中心,稀土 Eu3+近年来被广
泛关注。稀土 Eu3+掺杂 ZnO 的研究引起了人们的兴趣,但基于 PLD 法制备的稀土 Eu3+掺
杂 ZnO 研究很少。ZnO 基器件大多选用 Au、Ag、Pt 及 ITO 等比较昂贵的电极,考
虑到铜良好的导电性、较强的抗电迁移性能和较低的成本,我们尝试用铜作电极得到了
MSM 结构的 Cu/ZnO 接触。本文研究的主要内容包括以下几个方面:
1. 利用 PLD 技术在 Si(111)衬底上生长了 ZnO 薄膜,通过 XRD 测试和光致发光(PL)
谱分析研究了衬底温度、氧流量和缓冲层对样品的结构和发光性能的影响。XRD 研究结果
表明,所有样品仅出现 ZnO(002)衍射峰,说明样品具有很好的 c 轴择优取向。随着衬
底温度的升高,衍射峰半高宽(FWHM)先减小后增加,当衬底温度为 300 ℃时,FWHM
最小,结晶质量最好。当氧流量较小时,结晶质量较差。随着氧流量的增加,衍射峰强度
增大,FWHM 减小;氧流量为 10 sccm 时,衍射峰最强,FWHM 最小;当氧流量继续增
加,半高宽增大,结晶质量变差。随着缓冲层厚度的增加,外延层的结晶质量逐步提高,
当脉冲个数为 1000 时,FWHM 最小。但是当缓冲层厚度继续增加时,ZnO 外延层结晶质
量变差。PL 谱研究表明,当用 350 nm 的光激发样品时,样品呈现三个发光带,分别是位
于 380 nm 左右的紫外发射、440-480 nm 范围的蓝光发射和位于 600 nm 左右的橙黄发射。
PL 谱测试结果表明,制备条件对样品发光强度影响较大。随着衬底温度从室温增加到
300 ℃,样品的发光强度逐渐增加,但当温度升高到 400 ℃时,发光强度又降低。发光强
度随氧流量的变化规律与随衬底温度的变化规律相似,当氧流量为 10 sccm 时样品发光最
强。研究还发现,有缓冲层时样品的发光明显增强,当缓冲层脉冲个数为 1000 时样品发
光增强,和真空中生长的样品相比,外延层在有氧气氛中制备的样品发光较强。通过 CIE
标准色度学对样品的色度表征结果表明,所有样品均呈现白光发射,在白光 LED
荧光粉方面有潜在的应用前景。
2. 利用 PLD 技术在 Si(