Na-Mg共掺ZnO薄膜的制备及发光性能研究
发布时间：2021-03-11 14:23
氧化锌（ZnO）是一种独特的宽禁带半导体材料。ZnO具有高达60meV的激子结合能,300K下的Eg=3.37eV。由于ZnO具有多种优异的特性,使其在压电器件、发光器件、激光器、紫外探测器等领域具有广阔的应用前景。其中,在ZnO薄膜中掺杂可以提高其光致发光的特性,而双掺杂已经成为现阶段的研究热点。采用溶胶-凝胶工艺来制备ZnO薄膜、MgxZn1-xO薄膜（x=0.18、0.20、0.22）和NayMg0.2Zn0.8-yO 薄膜（y=0.01、0.02、0.03、0.04、0.05）,首先对薄膜样品进行 SEM和XRD的表征,研究Na+、Mg2+的掺杂浓度和350℃～500℃范围内的退火温度对薄膜的表面形貌及结构的影响。结果表明,Mg0.20Zn0.800薄膜晶粒分布均匀,在（002）晶面的衍射峰强比ZnO薄膜提高79.93%;Na0.02Mg0.2Zn0.780薄膜晶粒均匀致密,c轴择优取向生长,衍射峰强比Mg0.20Zn0.80O薄膜提高288.28%;退火温度T=450℃时,Na0.02Mg0.2Zn0.78O薄膜表面更加光滑,衍射峰强比未退火时提高48.25%。然后对 ZnO...
【文章来源】：长春理工大学吉林省
【文章页数】：59 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
氧化锌的晶体结构[4]
20第3章Na-Mg共掺ZnO薄膜的形貌与结构研究工艺参数的改变会对薄膜样品的表面形貌和结构产生一定的影响。本章对ZnO薄膜、MgxZn1-xO薄膜（x=0.18、0.20、0.22）及NayMg0.2Zn0.8-yO薄膜（y=0.01、0.02、0.03、0.04、0.05）进行表面形貌和结构的表征。研究Mg2+的掺杂量对薄膜的表面形貌和结构的影响，并寻找薄膜成膜的质量和结晶度较好的MgxZn1-xO薄膜（x=0.18、0.20、0.22）即确定x值。然后在该薄膜的基础上，研究Na+的掺杂量对薄膜的表面形貌和结构的影响，并寻找晶粒大小一致、晶粒分布均匀、薄膜表面平整光滑的NayMgxZn1-x--yO薄膜（y=0.01、0.02、0.03、0.04、0.05）即确定y值。最后在该薄膜的基础上，在30min的退火时间、退火气氛为空气的条件下，研究不同的退火温度（T=350℃、400℃、450℃、500℃）对薄膜的表面形貌及结构的影响，并寻找最佳的退火温度。3.1Na-Mg共掺ZnO薄膜的表面形貌研究3.1.1掺杂浓度对共掺薄膜表面形貌的影响从薄膜的表面形貌测试图中可以直观地看出薄膜质量的优劣，进而直接影响到薄膜的性能，所以对薄膜表面形貌影响因素的研究较为重要。其中，掺杂浓度的不同会导致ZnO薄膜表面形貌出现一定的差异。（1）ZnO薄膜的表面形貌对ZnO薄膜的表面形貌表征，测试结果如图3.1所示。由图3.1可以看出，ZnO薄膜的颗粒大小是不同的，晶粒分布较为杂乱。图3.1ZnO薄膜的SEM图（2）Mg掺杂量对MgxZn1-xO薄膜表面形貌的影响
21对Mg掺杂量不同的MgxZn1-xO薄膜（x=0.18、0.20、0.22）进行SEM的测试，测试结果如图3.2所示。（a）（b）（c）图3.2MgxZn1-xO薄膜的SEM图（x=0.18、0.20、0.22）（a）Mg0.18Zn0.82O薄膜（b）Mg0.20Zn0.80O薄膜（c）Mg0.22Zn0.78O薄膜由图3.1和图3.2（a）、（b）、（c）可以看出，相比于ZnO薄膜，掺杂Mg之后的MgxZn1-xO薄膜（x=0.18、0.20、0.22）的晶粒分布均匀致密，薄膜表面较为平整。由图3.2（a）看出，Mg0.18Zn0.82O薄膜的晶粒尺寸范围在25~50nm左右，薄膜表面是不光滑的。因为Mg2+掺杂量不足，虽然Mg2+占据了晶格位置，但是有些被Mg2+替代的Zn2+会以团簇或者间隙离子的状态分布在Mg0.18Zn0.82O薄膜内，使得薄膜表面是粗糙的。由图3.2（b）看出，Mg0.20Zn0.80O薄膜的晶粒尺寸范围在20nm~25nm左右，薄膜晶粒的数目增多，尺寸减校因为Mg2+掺杂量的增加，Mg2+逐渐替代了Zn2+，Zn2+含量减小而Mg2+含量增加，薄膜中Mg2+的均匀分布，使得薄膜表面平整。由图3.2（c）看出，Mg0.22Zn0.78O薄膜有晶体析出。说明Mg2+的掺杂量越来越多，
【参考文献】：
期刊论文
[1]脉冲激光沉积法生长的石英基ZnO薄膜特性[J]. 何建廷,魏芹芹,杨淑连,王雅静. 山东理工大学学报(自然科学版). 2019(04)
[2]衬底温度对Na-Mg共掺ZnO薄膜光学性能的影响[J]. 王玉新,刘奇,臧谷丹,崔潇文,刘子伟,梁鸣. 光电子·激光. 2017(12)
[3]溶胶凝胶工艺制备超亲水耐污秽易清洁涂层的研究[J]. 魏美玲,闫法强,丁彦霞,郭志军,王守兴,牟善浩. 硅酸盐通报. 2017(12)
[4]掺杂N的P型ZnO薄膜制备与特性研究[J]. 赵文海. 科技经济导刊. 2017(25)
[5]原子层沉积生长电学性质可调ZnO薄膜工艺[J]. 张思敏,程嵩,卢维尔,夏洋. 微纳电子技术. 2016(09)
[6]Na/Mg共掺ZnO薄膜的溶胶-凝胶法制备及特性研究[J]. 张彩珍,陈永刚,刘肃,王永顺. 半导体技术. 2016(07)
[7]化学气相沉积法制备纳微ZnO的实验和模拟研究进展[J]. 田会娟,郝斌,徐俊波,田亚峻,温浩. 材料导报. 2016(01)
[8]射频磁控溅射法ZnO薄膜制备工艺的优化[J]. 王怡,李合增,李东临,郭瑞. 真空. 2015(04)
[9]ZnO基透明导电薄膜的制备与特性研究[J]. 和晓晓,王文军,李淑红,刘云龙,史强. 中国激光. 2014(06)
[10]宽带隙半导体材料光电性能的测试[J]. 郭媛,陈鹏,孟庆芳,于治国,杨国锋,张荣,郑有炓. 半导体技术. 2011(11)
硕士论文
[1]溶胶凝胶工艺制备NaMgZnO薄膜及其光学性能研究[D]. 刘子伟.辽宁师范大学 2017
[2]超声喷雾热解法制备Na-Mg共掺ZnO薄膜及光学性能的研究[D]. 梁鸣.辽宁师范大学 2014
[3]Na-Mg共掺杂ZnO薄膜的结构及光学性质研究[D]. 锁雅芹.兰州大学 2010
本文编号：3076605
【文章来源】：长春理工大学吉林省
【文章页数】：59 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
氧化锌的晶体结构[4]
20第3章Na-Mg共掺ZnO薄膜的形貌与结构研究工艺参数的改变会对薄膜样品的表面形貌和结构产生一定的影响。本章对ZnO薄膜、MgxZn1-xO薄膜（x=0.18、0.20、0.22）及NayMg0.2Zn0.8-yO薄膜（y=0.01、0.02、0.03、0.04、0.05）进行表面形貌和结构的表征。研究Mg2+的掺杂量对薄膜的表面形貌和结构的影响，并寻找薄膜成膜的质量和结晶度较好的MgxZn1-xO薄膜（x=0.18、0.20、0.22）即确定x值。然后在该薄膜的基础上，研究Na+的掺杂量对薄膜的表面形貌和结构的影响，并寻找晶粒大小一致、晶粒分布均匀、薄膜表面平整光滑的NayMgxZn1-x--yO薄膜（y=0.01、0.02、0.03、0.04、0.05）即确定y值。最后在该薄膜的基础上，在30min的退火时间、退火气氛为空气的条件下，研究不同的退火温度（T=350℃、400℃、450℃、500℃）对薄膜的表面形貌及结构的影响，并寻找最佳的退火温度。3.1Na-Mg共掺ZnO薄膜的表面形貌研究3.1.1掺杂浓度对共掺薄膜表面形貌的影响从薄膜的表面形貌测试图中可以直观地看出薄膜质量的优劣，进而直接影响到薄膜的性能，所以对薄膜表面形貌影响因素的研究较为重要。其中，掺杂浓度的不同会导致ZnO薄膜表面形貌出现一定的差异。（1）ZnO薄膜的表面形貌对ZnO薄膜的表面形貌表征，测试结果如图3.1所示。由图3.1可以看出，ZnO薄膜的颗粒大小是不同的，晶粒分布较为杂乱。图3.1ZnO薄膜的SEM图（2）Mg掺杂量对MgxZn1-xO薄膜表面形貌的影响
21对Mg掺杂量不同的MgxZn1-xO薄膜（x=0.18、0.20、0.22）进行SEM的测试，测试结果如图3.2所示。（a）（b）（c）图3.2MgxZn1-xO薄膜的SEM图（x=0.18、0.20、0.22）（a）Mg0.18Zn0.82O薄膜（b）Mg0.20Zn0.80O薄膜（c）Mg0.22Zn0.78O薄膜由图3.1和图3.2（a）、（b）、（c）可以看出，相比于ZnO薄膜，掺杂Mg之后的MgxZn1-xO薄膜（x=0.18、0.20、0.22）的晶粒分布均匀致密，薄膜表面较为平整。由图3.2（a）看出，Mg0.18Zn0.82O薄膜的晶粒尺寸范围在25~50nm左右，薄膜表面是不光滑的。因为Mg2+掺杂量不足，虽然Mg2+占据了晶格位置，但是有些被Mg2+替代的Zn2+会以团簇或者间隙离子的状态分布在Mg0.18Zn0.82O薄膜内，使得薄膜表面是粗糙的。由图3.2（b）看出，Mg0.20Zn0.80O薄膜的晶粒尺寸范围在20nm~25nm左右，薄膜晶粒的数目增多，尺寸减校因为Mg2+掺杂量的增加，Mg2+逐渐替代了Zn2+，Zn2+含量减小而Mg2+含量增加，薄膜中Mg2+的均匀分布，使得薄膜表面平整。由图3.2（c）看出，Mg0.22Zn0.78O薄膜有晶体析出。说明Mg2+的掺杂量越来越多，
【参考文献】：
期刊论文
[1]脉冲激光沉积法生长的石英基ZnO薄膜特性[J]. 何建廷,魏芹芹,杨淑连,王雅静. 山东理工大学学报(自然科学版). 2019(04)
[2]衬底温度对Na-Mg共掺ZnO薄膜光学性能的影响[J]. 王玉新,刘奇,臧谷丹,崔潇文,刘子伟,梁鸣. 光电子·激光. 2017(12)
[3]溶胶凝胶工艺制备超亲水耐污秽易清洁涂层的研究[J]. 魏美玲,闫法强,丁彦霞,郭志军,王守兴,牟善浩. 硅酸盐通报. 2017(12)
[4]掺杂N的P型ZnO薄膜制备与特性研究[J]. 赵文海. 科技经济导刊. 2017(25)
[5]原子层沉积生长电学性质可调ZnO薄膜工艺[J]. 张思敏,程嵩,卢维尔,夏洋. 微纳电子技术. 2016(09)
[6]Na/Mg共掺ZnO薄膜的溶胶-凝胶法制备及特性研究[J]. 张彩珍,陈永刚,刘肃,王永顺. 半导体技术. 2016(07)
[7]化学气相沉积法制备纳微ZnO的实验和模拟研究进展[J]. 田会娟,郝斌,徐俊波,田亚峻,温浩. 材料导报. 2016(01)
[8]射频磁控溅射法ZnO薄膜制备工艺的优化[J]. 王怡,李合增,李东临,郭瑞. 真空. 2015(04)
[9]ZnO基透明导电薄膜的制备与特性研究[J]. 和晓晓,王文军,李淑红,刘云龙,史强. 中国激光. 2014(06)
[10]宽带隙半导体材料光电性能的测试[J]. 郭媛,陈鹏,孟庆芳,于治国,杨国锋,张荣,郑有炓. 半导体技术. 2011(11)
硕士论文
[1]溶胶凝胶工艺制备NaMgZnO薄膜及其光学性能研究[D]. 刘子伟.辽宁师范大学 2017
[2]超声喷雾热解法制备Na-Mg共掺ZnO薄膜及光学性能的研究[D]. 梁鸣.辽宁师范大学 2014
[3]Na-Mg共掺杂ZnO薄膜的结构及光学性质研究[D]. 锁雅芹.兰州大学 2010
本文编号：3076605
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