Sol-gel法制备掺杂ZnO薄膜的研究

发布时间：2017-10-10 00:19

  本文关键词：Sol-gel法制备掺杂ZnO薄膜的研究

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【摘要】：ZnO是直接宽禁带半导体材料,室温下带隙宽3.37eV,激子结合能达到60meV,比GaN高出很多,使其在光电等领域有着可观的应用前景。要想使ZnO应用在实际生活中,需要解决的问题是实现ZnO的p型掺杂和p-n结的制备,而且可见光区的发光机理,没有得到大家统一的认可。本文采用溶胶-凝胶的方法制备B单掺、B和N共掺、Na和N共掺ZnO薄膜,考查了不同热处理温度以及掺杂浓度等因素对ZnO薄膜的结晶性、光学性能的影响,本文掺杂N元素的量与Zn的原子比为2.5:100。研究了B单掺杂、B和N共掺杂ZnO薄膜试样的性能,在不添加水解控制剂时,所配置溶液出现了白色沉淀,但较少量的水解控制剂不会出现白色沉淀,通过XRD衍射分析,适量的水解控制剂有助于掺杂ZnO结晶性的提高,当水解控制剂乙酰丙酮用量过多,试样的(002)峰的强度会降低;此外,少量的B掺入和较低的热处理温度会使ZnO的结晶性和光学性能明显改善。然而,在过高或过低热处理温度时,会使ZnO出现更多的缺陷,导致结晶性下降。通过光致发光谱的分析,发现紫外发光峰强度与ZnO结晶质量成正比,过高的B掺杂浓度还会使ZnO透射性得到提高。考查了不同Na掺杂浓度和热处理温度对Na和N共掺ZnO薄膜结晶性和光学性能的影响。发现一定量Na的掺入以及适度的热处理温度会使ZnO结晶性和光学性能得到改善,通过XRD衍射分析,当Na与Zn原子比为14:100时试样有着最好(002)峰择优取向性,过高或过低Na的掺入,会诱发出更多的缺陷使ZnO结晶性下降。在700℃热处理时掺杂ZnO有着最优的取向性和结晶质量,过高或过低热处理温度同样会影响薄膜的缺陷浓度导致结晶质量下降。通过光致发光谱测试,在紫外光区峰强与最佳掺杂浓度和热处理温度成正比关系,在可见光区468nm附近的蓝光,随掺入量的升高,略有红移,并且强度有所增加。700℃热处理条件下蓝光发光峰较强,当Na掺杂量过高以及较高的热处理温度时,位于575nm附近区域出现黄光。
【关键词】：溶胶凝胶法 掺杂 ZnO薄膜 半导体
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB383.2
【目录】：

• 摘要7-8
• Abstract8-10
• 第1章 绪论10-22
• 1.1 研究背景10-13
• 1.1.1 ZnO薄膜的研究现状10-11
• 1.1.2 ZnO薄膜的应用前景11-12
• 1.1.3 ZnO的晶体结构12
• 1.1.4 ZnO薄膜的光电特性12-13
• 1.1.5 ZnO薄膜的发光机理13
• 1.2 ZnO薄膜的掺杂特性13-18
• 1.2.1 氧化锌的n型掺杂14-15
• 1.2.2 氧化锌的p型掺杂15-18
• 1.3 ZnO薄膜的制备方法及其实验示例18-21
• 1.4 本论文的目的及研究内容21-22
• 第2章 掺杂ZnO薄膜的制备及实验方法22-31
• 2.1 溶胶凝胶的基本过程22-25
• 2.1.1 溶胶凝胶的形成22-23
• 2.1.2 溶胶的涂覆23
• 2.1.3 溶胶凝胶化23-24
• 2.1.4 凝胶的干燥24
• 2.1.5 干凝胶的热处理24-25
• 2.2 实验药品及仪器设备25
• 2.3 薄膜的制备25-28
• 2.4 样品表征方法28-31
• 2.4.1 X射线衍射原理28
• 2.4.2 光致发光谱分析28-30
• 2.4.3 紫外可见分光光度法30-31
• 第3章 Sol-gel法制备B单掺ZnO薄膜及其性能分析31-39
• 3.1 乙酰丙酮用量对ZnO薄膜结晶性的影响31-32
• 3.2 热处理温度对B掺杂ZnO薄膜结晶性的影响32-33
• 3.3 热处理温度对B掺杂ZnO薄膜光致发光性的影响33-35
• 3.4 B浓度对ZnO薄膜结晶性的影响35-36
• 3.5 B浓度对ZnO薄膜光致发光性的影响36-37
• 3.6 B浓度对ZnO薄膜光透射性的影响37
• 3.7 本章小结37-39
• 第4章 Sol-gel法制备B和N共掺ZnO薄膜及其性能分析39-46
• 4.1 热处理温度对B和N共掺杂ZnO薄膜结晶性的影响39-40
• 4.2 热处理温度对B和N共掺ZnO薄膜发光性的影响40-41
• 4.3 热处理温度对B和N共掺ZnO薄膜光透射性的影响41-42
• 4.4 H_3BO_3掺入量对B和N共掺ZnO薄膜结晶性的影响42-43
• 4.5 H_3BO_3掺入量对B和N共掺ZnO薄膜光致发光性的影响43-44
• 4.6 H_3BO_3掺入量对B和N共掺ZnO薄膜光透射性的影响44-45
• 4.7 本章小结45-46
• 第5章 Sol-gel法制备Na和N共掺ZnO薄膜及其性能分析46-52
• 5.1 Na掺入量对Na和N共掺ZnO薄膜结晶性的影响47-48
• 5.2 Na掺入量对Na和N共掺ZnO薄膜光致发光影响48
• 5.3 热处理温度对Na和N共掺ZnO薄膜结晶性的影响48-50
• 5.4 热处理温度对Na和N共掺ZnO薄膜发光性的影响50-51
• 5.5 本章小结51-52
• 结论52-54
• 参考文献54-58
• 致谢58

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：1003263