论文摘要
ZnO是一种Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体材料,具有直接宽带隙（室温下3.37eV）,属于六方纤锌矿结构,在光电、压电及磁电子等诸多领域都具有优异的性能。ZnO具有较高的激子束缚能（60meV）,远高于其它的宽禁带半导体材料（如GaN为25meV）,较低的电子诱生缺陷和阈值电压低等优点,使其在光电器件领域具有很大的研究价值。ZnO的激子在室温下也是稳定的,可以实现室温或更高温度下高效的激子受激发光,并且具备了发射蓝光或者紫外光的优越条件,有望开发出紫光、绿光、蓝光等多种发光器件。此外,将ZnO掺入Cd2+、Mg2+等形成半导体合金薄膜,可以达到随掺杂组分不同调控合金薄膜禁带宽度的目的。本文在总结了ZnO薄膜研究现状的基础上,采用溶胶-凝胶旋涂技术分别制备了掺杂Cd和掺杂Mg的ZnO合金薄膜。主要的研究工作和结果如下:1.采用溶胶-凝胶法,制备了掺杂Cd（≤10at%）和掺杂Mg（≤15at%）的ZnO薄膜。通过XRD、SEM、EDS等分析薄膜的组织结构、表面形貌和化学成分,研究结果发现:不同掺杂组分的ZnO薄膜均只有一个衍射峰（002）,表明制备出来的ZnO薄膜具有纤锌矿结构且呈c轴择优取向;当掺Cd浓度大于8at%,掺Mg浓度大于9at%时,薄膜（002）峰明显减弱。2.使用双光束分光光度计测试薄膜在紫外-可见光范围内的透过率。结果表明,薄膜在可见光范围内,平均透过率在75%左右。随着Cd掺杂浓度的增加,ZnO薄膜吸收边逐渐向长波长方向移动,光学禁带宽度也逐渐减小到3.11eV;而掺Mg浓度增加时,薄膜的吸收边则发生蓝移,当Mg浓度为15at%时,薄膜光学禁带宽度约为3.45eV。3.使用荧光分光光度计测试薄膜在室温下的光致发光谱。不同掺杂下ZnO薄膜的PL谱均有非常明显的紫外发射峰和蓝光发光带。随着掺Cd和掺Mg浓度的增加,薄膜的紫外峰位分别出现明显的红移和蓝移现象,这跟透射谱的结论一致,进一步说明掺杂使得ZnO薄膜光学带宽发生变化。4.研究了掺Cd薄膜电阻率的变化。当掺杂浓度为8at%时,薄膜电阻率最小,为8.47kΩ·cm。对比不同退火温度发现,600℃退火的薄膜具有最佳导电性能。