ZnO纳米结构薄膜的水溶液法制备与研究

发布时间：2018-08-09 16:23

【摘要】： ZnO具有纤锌矿晶体结构,是一种新型的直接带隙宽带半导体,其禁带宽度为3.37eV,激子束缚能为60 meV,可以实现室温下的激子发射。ZnO薄膜可在低于600℃的温度下获得,较GaN, SiC和其它Ⅱ—Ⅳ族半导体宽禁带材料的制备温度低很多,这些特点使ZnO具备了作为室温短波长光电子材料的必备特征。因此,ZnO薄膜是一种具有希望的短波光电材料,研究ZnO薄膜的发光特性具有十分重要的意义。ZnO作为新一代的宽带半导体材料,具有广泛的应用,如：ZnO薄膜可以制成表面声波谐振器,压电器件,GaN蓝光薄膜的过渡层以及透明导电膜等。自从1997年Tang等报导了ZnO薄膜的近紫外受激发射现象以后,ZnO再次成为当今半导体材料研究领域的热点。 本论文主要采用水溶液的方法,分别在硅和酸刻蚀后高温氮化的蓝宝石基片上成功地制备出了高质量的ZnO薄膜；利用X射线衍射、PL光谱测量、SEM、AFM表面形貌测量等手段对薄膜的结构、光学性能、表面形貌及不同工艺处理后蓝宝石基片表面形貌的改变进行了分析。主要研究结果如下： (a)采用两步水溶液法,在改变溶液生长时间条件下制备出的ZnO纳米片薄膜是典型的纤锌矿结构；在(0001)面内生长成为规则的六角形纳米片,且随着溶液中生长时间的延长,除(0001)面内面积的增大和厚度增加外,其表面形貌并未发生改变；室温下,ZnO纳米片在379 nm附近呈现出非常强的紫外发光性能,同时,非常弱的可见发光也被探测出来。这些结果表明高质量的、规则的、具有非常好紫外发光性能的ZnO纳米片能够采用本文的方法很容易的制备出来。 (b)采用两步水溶液法,在改变种子层沉积时间条件下制备出了ZnO薄膜。探究了种子层的沉积时间对薄膜光学性能的影响；通过SEM、AFM表征手段对不同沉积时间下的ZnO种子层的生长行为的演化进行了系统的分析。 (c)通过对蓝宝石基片进行酸刻蚀处理和高温氮化,成功地在水溶液的生长条件下,制备出了与基片外延的高质量ZnO薄膜。实验中,着重研究了酸刻蚀条件对蓝宝石基片表面形貌以及后续ZnO薄膜生长的影响。测试的结果表明,用这种方法,可以合成表面非常平整的高质量的ZnO薄膜。通过原子力(AFM)的结果得出：酸刻蚀温度为100℃,刻蚀时间为40分钟的条件能够使蓝宝石基片表面状态得到较大的改善,可以去除表面的油污以及机械划痕。室温PL光谱的测量表明,制备出的ZnO薄膜具有较强的紫外发射和几乎观测不到的可见光发射,这说明制备出的ZnO缺陷较少,薄膜质量较高。
[Abstract]:ZnO has a wurtzite crystal structure and is a new direct band gap wide band semiconductor with a band gap of 3.37 EV and an exciton binding energy of 60 MEV, which can be obtained at room temperature at lower than 600 鈩，

本文编号：2174657