化学池沉淀法生长的银、镁、钴掺杂氧化锌薄膜的研究

论文摘要

氧化锌(ZnO)薄膜是一种新型的宽禁带半导体材料,在透明导体、太阳能电池、表面声波器件、紫外激光、稀磁半导体材料等领域有广泛的应用。本文使用了一种新的化学池沉淀生长方法在玻璃衬底上制备了ZnO薄膜,该方法具有成本低廉、操作简单、成膜面积大等优点。我们对生长配方进行了优化并对薄膜的结构、形貌、光学等性质进行了研究。通过在基底生长配方中分别引入银、钴和镁离子,制备了银、钴和镁掺杂的ZnO薄膜。利用扫描电子显微镜对低浓度银掺杂ZnO薄膜的观测发现,薄膜具有特殊的鸟巢形纳米形貌结构。本文研究了影响银掺杂ZnO薄膜微观形貌的实验因素,并对生长机理给予了解释。通过对低浓度镁掺杂ZnO薄膜光致发光光谱的研究发现,镁掺杂能够大幅增强ZnO薄膜的光致发光强度,增高材料的德拜特征温度。钴掺杂ZnO薄膜的光致发光光谱表明,其发光强度具有反常温度相关的性质,在某些温度区间下光致发光的强度随温度升高出现了反常性的增大,这种效应在镁、钴共掺杂的ZnO薄膜中得到了放大。本文还利用X射线衍射的手段表征了银、钴和镁掺杂ZnO薄膜的晶体结构,利用光学透射谱研究了薄膜的光吸收性质,并对薄膜的光学带隙进行了拟合,得到了一些比较重要的变化规律。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 ZnO 薄膜及其性质简介
• 1.2.1 ZnO 的晶体结构
• 1.2.2 ZnO 的电学性质
• 1.2.3 ZnO 的光学性质
• 1.2.4 ZnO 的磁学性质
• 1.3 ZnO 材料的应用
• 1.4 ZnO 薄膜的制备方法
• 1.5 常用表征手段
• 1.6 本章小结
• 本章参考文献
• 第二章 化学池沉淀方法生长的ZnO 薄膜
• 2.1 ZnO 薄膜的化学池生长
• 2.1.1 ZnO 薄膜的制备步骤
• 2.1.2 生长配方优化
• 2.1.3 生长机理解释
• 2.2 ZnO 薄膜的晶体结构及表面形貌
• 2.2.1 ZnO 薄膜的XRD 分析
• 2.2.2 ZnO 薄膜的SEM 测试
• 2.3 ZnO 薄膜的光学性质
• 2.3.1 ZnO 薄膜的光学透射谱的研究
• 2.3.2 ZnO 薄膜的光致发光光谱的研究
• 2.4 本章小结
• 本章参考文献
• 第三章 化学池沉淀方法生长的ZnO:Ag 薄膜
• 3.1 ZnO:Ag 薄膜的化学池沉淀生长方法
• 3.2 ZnO:Ag 薄膜的晶体结构
• 3.3 ZnO:Ag 薄膜的形貌结构
• 3.3.1 扫描电子显微镜下ZnO:Ag 薄膜的鸟巢形形貌结构
• 3.3.3 ZnO:Ag 薄膜鸟巢形微观结构的形成机理
• 3.3.3 沉积温度对SZO 薄膜微观形貌的影响
• 3.4 ZnO:Ag 薄膜的光学性质
• 3.4.1 ZnO:Ag 薄膜的光学透射谱的研究
• 3.4.2 ZnO:Ag 薄膜的光致发光光谱的研究
• 3.5 本章小结
• 本章参考文献
• 第四章 化学池沉淀方法生长的ZnO:Mg、Co 薄膜
• 4.1 ZnO:Mg、Co 薄膜的化学池沉淀生长
• 4.1.1 ZnO:Mg 薄膜的化学池沉淀生长
• 4.1.2 ZnO:Co 薄膜的化学池沉淀生长
• 4.1.3 ZnO:Mg/Co 薄膜的化学池沉淀生长
• 4.2 ZnO:Mg、Co 薄膜的晶体结构
• 4.2.1 ZnO:Mg 薄膜的XRD 分析
• 4.2.2 ZnO:Co 薄膜的 XRD 分析
• 4.3 ZnO:Mg、Co 薄膜的光学性质
• 4.3.1 ZnO:Mg 薄膜的透射光谱
• 4.3.2 ZnO:Co 薄膜的透射光谱
• 4.3.3 ZnO:Mg/Co 薄膜的透射光谱
• 4.3.4 ZnO:Mg 薄膜的光致发光光谱
• 4.3.5 ZnO:Co 薄膜的光致发光光谱
• 4.3.6 ZnO:Mg/Co 薄膜的光致发光光谱
• 4.4 本章小结
• 本章参考文献
• 第五章 全文总结
• 5.1 主要结论
• 5.2 研究展望
• 本章参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文