溶膠—凝膠法制備ZnO薄膜的特性研究.pdf

1、氧化鋅(ZnO)是直接帶隙寬禁帶半導體材料，具有較高的激子束縛能(～60meV)，可以實現(xiàn)室溫下的紫外受激輻射，在紫外發(fā)射器件等領域具有廣闊的應用前景。同時薄膜形態(tài)的氧化鋅具有壓電、濕敏、透明導電、光泵浦紫外激射等特性，所以具有廣泛的用途，因此也吸引了國內(nèi)外大批專家學者對它的性質進行了更為廣泛的研究與探索。同時也反映了“結構決定性質，性質決定用途”的必然規(guī)律。 實驗選擇二水合乙酸鋅(Zn(CH3COO)2·2H2O)作為前驅體，

2、乙二醇甲醚(2-methoxyethano1)作為溶劑，乙醇胺(monoethanolamin)作為穩(wěn)定劑。將一定量的二水合乙酸鋅溶解于乙二醇甲醚中，再加入與二水合乙酸鋅等摩爾的乙醇胺。溶液經(jīng)過兩個小時的充分攪拌以后，形成鋅離子濃度為0.75mol/L的透明均質溶膠。本實驗所用試劑均為分析純。 采用旋轉涂覆技術在n-Si(100)襯底上制備ZnO薄膜，每次勻膠結束都要放在150℃烘箱里面對樣品進行烘干，同時為了制備較厚一點的薄膜

3、，重復勻膠五次，使得薄膜厚度達到200～250m.為了獲得高質量、C軸擇優(yōu)取向生長的ZnO薄膜，對樣品進行了退火處理。通過改變退火條件提出優(yōu)化參數(shù)。首先退火要在含氧氣氛下進行，只有Zn和O的化學配比達到1∶1時結晶質量才能得到提高。其次是控制退火時間，退火時間以2小時為佳，時間過長反而會導致結晶取向性再次變差。最后討論了一下退火溫度對晶體結晶質量的影響，提高退火溫度有助于重結晶，且最佳退火溫度在500℃左右。 通過ZnO膠體及其

4、薄膜的光致發(fā)光機理探究，亦得到一些有益的結論。ZnO膠體的光致發(fā)光光譜表明：隨著膠體老化時間的延長，膠體的紫外峰位發(fā)生了藍移，紫外區(qū)域的線寬變寬，而可見光區(qū)的線寬則變窄。ZnO薄膜的光致發(fā)光光譜表明：ZnO薄膜在退火后紫外發(fā)光強度較強，而可見光區(qū)的發(fā)光強度相對較弱。 利用掃描電子顯微鏡觀測了樣品的表面形貌和側面形貌。ZnO薄膜的表面非常致密而均勻，側面可以看到大小分布均勻的ZnO納米顆粒包埋于薄膜之中，且與XRD計算結果相吻合。