【摘要】： ZnO具有纖鋅礦晶體結(jié)構(gòu),是一種新型的直接帶隙寬帶半導體,其禁帶寬度為3.37eV,激子束縛能為60 meV,可以實現(xiàn)室溫下的激子發(fā)射。ZnO薄膜可在低于600℃的溫度下獲得,較GaN, SiC和其它Ⅱ—Ⅳ族半導體寬禁帶材料的制備溫度低很多,這些特點使ZnO具備了作為室溫短波長光電子材料的必備特征。因此,ZnO薄膜是一種具有希望的短波光電材料,研究ZnO薄膜的發(fā)光特性具有十分重要的意義。ZnO作為新一代的寬帶半導體材料,具有廣泛的應用,如：ZnO薄膜可以制成表面聲波諧振器,壓電器件,GaN藍光薄膜的過渡層以及透明導電膜等。自從1997年Tang等報導了ZnO薄膜的近紫外受激發(fā)射現(xiàn)象以后,ZnO再次成為當今半導體材料研究領域的熱點。 本論文主要采用水溶液的方法,分別在硅和酸刻蝕后高溫氮化的藍寶石基片上成功地制備出了高質(zhì)量的ZnO薄膜；利用X射線衍射、PL光譜測量、SEM、AFM表面形貌測量等手段對薄膜的結(jié)構(gòu)、光學性能、表面形貌及不同工藝處理后藍寶石基片表面形貌的改變進行了分析。主要研究結(jié)果如下： (a)采用兩步水溶液法,在改變?nèi)芤荷L時間條件下制備出的ZnO納米片薄膜是典型的纖鋅礦結(jié)構(gòu)；在(0001)面內(nèi)生長成為規(guī)則的六角形納米片,且隨著溶液中生長時間的延長,除(0001)面內(nèi)面積的增大和厚度增加外,其表面形貌并未發(fā)生改變；室溫下,ZnO納米片在379 nm附近呈現(xiàn)出非常強的紫外發(fā)光性能,同時,非常弱的可見發(fā)光也被探測出來。這些結(jié)果表明高質(zhì)量的、規(guī)則的、具有非常好紫外發(fā)光性能的ZnO納米片能夠采用本文的方法很容易的制備出來。 (b)采用兩步水溶液法,在改變種子層沉積時間條件下制備出了ZnO薄膜。探究了種子層的沉積時間對薄膜光學性能的影響；通過SEM、AFM表征手段對不同沉積時間下的ZnO種子層的生長行為的演化進行了系統(tǒng)的分析。 (c)通過對藍寶石基片進行酸刻蝕處理和高溫氮化,成功地在水溶液的生長條件下,制備出了與基片外延的高質(zhì)量ZnO薄膜。實驗中,著重研究了酸刻蝕條件對藍寶石基片表面形貌以及后續(xù)ZnO薄膜生長的影響。測試的結(jié)果表明,用這種方法,可以合成表面非常平整的高質(zhì)量的ZnO薄膜。通過原子力(AFM)的結(jié)果得出：酸刻蝕溫度為100℃,刻蝕時間為40分鐘的條件能夠使藍寶石基片表面狀態(tài)得到較大的改善,可以去除表面的油污以及機械劃痕。室溫PL光譜的測量表明,制備出的ZnO薄膜具有較強的紫外發(fā)射和幾乎觀測不到的可見光發(fā)射,這說明制備出的ZnO缺陷較少,薄膜質(zhì)量較高。
[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，

本文編號：2174657