氮掺杂氧化锌薄膜的制备及其结构、形貌和光学特性研究

发布时间：2017-05-26 14:27

  本文关键词：氮掺杂氧化锌薄膜的制备及其结构、形貌和光学特性研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：本文采用磁控溅射技术制备氮掺杂氧化锌(ZnO:N)薄膜,在制备中通过改变溅射气氛中氮气、氧气的分压来控制氮的掺杂量。我们用X射线衍射,扫描电镜,和紫外-可见吸收谱等手段表征其结构和光学特性,研究了溅射中氧分压和氮分压对其取向、应力、表面形貌以及光学特性的影响。同时还以未掺杂的氧化锌薄膜作为对照。结果显示所有薄膜都得到单一相的六方纤锌矿结构。氮的掺杂会改变ZnO的晶格常数和内应力,内应力的变化受氮掺杂缺陷形式的影响,替位式氮原子(No)会产生拉应力,而填隙式氮原子(Ni)则导致压应力。在光学特性的研究中,发现氮掺杂导致吸收边红移和带隙变窄的现象。光学带隙随着氮含量(氮分压)的增大而减小。氧分压的增大会降低No和氧空位的密度,也会导致ZnO薄膜结构和光学性质的改变。离子形式的替位式氮原子No的存在是降低带隙值的一个重要的因素。较低的工作气压有利于No的形成和带隙的降低。
【关键词】：磁控溅射 薄膜 ZnO N掺杂 光学特性
【学位授予单位】：北京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ132.41;TB383.2
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第1章 引言9-17
• 1.1 透明导电薄膜9-10
• 1.2 ZnO基透明导电氧化物薄膜10-12
• 1.2.1 ZnO的基本结构10-11
• 1.2.2 ZnO的物理性质及应用11-12
• 1.3 ZnO薄膜的掺杂12-15
• 1.3.1 ZnO薄膜的本征缺陷12-13
• 1.3.2 ZnO薄膜的掺杂性质13
• 1.3.3 ZnO薄膜的n型掺杂和p型掺杂13-14
• 1.3.4 氮掺杂氧化锌薄膜的研究14-15
• 1.4 内容简介15-17
• 第2章 薄膜的制备及检测方法17-28
• 2.1 磁控溅射技术17-22
• 2.1.1 溅射镀膜17-18
• 2.1.2 磁控溅射18-22
• 2.2 实验设备及制备过程22-24
• 2.2.1 实验设备22-24
• 2.2.2 薄膜的制备过程24
• 2.3 薄膜的表征24-28
• 2.3.1 X射线衍射(XRD)25-26
• 2.3.2 扫描电子显微镜(SEM)26
• 2.3.3 紫外可见吸收光谱（UV-vis）26-28
• 第3章 结果与分析28-45
• 3.1 氮分压对ZnO薄膜的结构及光电特性影响28-36
• 3.1.1 实验参数28-29
• 3.1.2 薄膜的XRD分析29-32
• 3.1.3 薄膜的SEM分析32-34
• 3.1.4 薄膜的UV-Vis分析34-36
• 3.1.5 小结36
• 3.2 氧分压对ZnO薄膜的结构及光电特性影响36-42
• 3.2.1 实验参数36-37
• 3.2.2 薄膜的XRD分析37-39
• 3.2.3 薄膜的SEM分析39-40
• 3.2.4 薄膜的UV-Vis分析40-42
• 3.2.5 实验小结42
• 3.3 工作压强对ZnO薄膜的结构影响42-45
• 结论45-48
• 参考文献48-52
• 攻读学位期间发表的论文清单52-53
• 致谢53-54
• 附录：磁控溅射制备薄膜的操作过程54-57

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本文编号：397149