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氧化锡及其锑掺杂薄膜的制备、结构和光致发光性质研究

2020-11-23阅读(249)

氧化锡及其锑掺杂薄膜的制备、结构和光致发光性质研究

论文摘要

半导体发光器件在各个领域都有着广泛的应用。随着GaN、ZnSe等宽带隙半导体蓝光发光器件的研制成功，宽带隙半导体发光材料越来越受到人们的重视。氧化锡（SnO2）是一种具有直接带隙的宽禁带半导体材料，其室温禁带宽度约为3.62eV。与其它宽带隙半导体材料相比，SnO2具有更宽的带隙和更高的激子束缚能（室温下为130meV），并且具有制备温度较低、理化性质稳定等特点；SnO2是一种新的具有紫外-紫光及蓝光发光特性的半导体材料，要获得具有稳定发光特性的SnO2薄膜，就需要对SnO2的室温光致发光特性及其发光机理进行深入的研究。 SnO2晶体具有四方金红石结构，其薄膜晶粒一般具有一定的择优取向。本征SnO2晶体因氧缺位的关系而呈现n型半导体的特性，氧空位在禁带中形成的两个施主能级距导带底分别为0.03eV、0.15eV。SnO2的光学带隙约为3.87～4.3eV，这使SnO2薄膜在可见光区域具有较高的透过率；导电性能优良的SnO2薄膜，因其高载流子浓度，使得其在中红外及远红外区域（等离子边约为3.2μm）有很强的反射率。 当前对SnO2材料的光致发光性质的研究不多，主要集中在低温发光性质及纳米材料的发光性质上，其发光机理目前尚不清楚；目前也尚未见其他人有关于SnO2及其掺杂薄膜的室温光致发光性质的研究。 本文分别利用常压化学气相沉积（APCVD）方法以及射频磁控溅射方法制备了SnO2薄膜及其掺锑（Sb）薄膜（SnO2：Sb）。对制备后的样品在不同条件下进行了退火处理。对样品分别进行了x射线衍射谱（XRD）、x射线光电子能谱（XPS）、原子力显微镜（AFM）以及电阻率、透射谱、光致发光谱的测量。 在本文中，采用APCVD方法制备了SnO2薄膜。通过对SnO2薄膜的室温（300K）光致发光谱（PL）测量，首次发现SnO2薄膜在紫外—紫光区域（396nm）存在较强的光致发射峰；在蓝光区域（430nm，530nm）也存在光致发光峰。样品的X射线衍射谱（XRD）测量表明，利用APCVD方法制备的SnO2薄膜为具有四方金红石结构的多晶薄膜；薄膜具有（211）方向的择优取向，并且随着退火

论文目录

  • 符号表
  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 第一章 引言
  • 第一节 概述
  • 第二节 二氧化锡材料的应用
  • 第三节 半导体材料的光致发光原理
  • 一.带间的直接辐射复合跃迁过程
  • 二.带间的间接辐射复合跃迁
  • 三.自由激子复合跃迁发光
  • 四.束缚激子辐射复合跃迁发光（BE）
  • 五.能带与杂质能级之间的辐射复合（FB）
  • 六.施主-受主对辐射复合过程（DAP）
  • 第四节 氧化锡材料的光致发光性质研究进展
  • 第五节 二氧化锡材料的性质
  • 一.二氧化锡的结构性质
  • 二.二氧化锡的电学特性
  • 三.二氧化锡的光学特性
  • 第六节 选题动机
  • 本章参考文献
  • 第二章 氧化锡薄膜的制备及测试方法
  • 第一节 概述
  • 一.喷涂法（spray pyrolysis）
  • 二.溶胶-凝胶法（sol-gel）
  • 三.化学气相沉积法（CVD）
  • 四.物理气相沉积法（PVD）
  • 第二节 常压化学气相沉积法（APCVD）
  • 第三节 射频磁控溅射法
  • 一.溅射原理
  • 二.溅射系统
  • 第四节 测试分析方法
  • 一.X射线衍射（XRD）方法
  • 二.X射线光电子能谱（XPS）
  • 三.薄膜表面形貌分析
  • 四.薄膜光学性质测量
  • 本章参考文献
  • 第三章 APCVD方法制备氧化锡薄膜的结构及光学、电学性质
  • 2薄膜的制备'>第一节 SnO2薄膜的制备
  • 一.衬底处理
  • 二.样品制备
  • 2薄膜的结构性质'>第二节 SnO2薄膜的结构性质
  • 2薄膜的电学性质'>第三节 SnO2薄膜的电学性质
  • 2薄膜的光学性质'>第四节 SnO2薄膜的光学性质
  • 2薄膜的光致发光性质'>第五节 SnO2薄膜的光致发光性质
  • 本章参考文献
  • 第四章 锑掺杂氧化锡薄膜的制备及其结构性质
  • 2薄膜的制备'>第一节 Sb掺杂SnO2薄膜的制备
  • 一.掺杂陶瓷靶的制备
  • 2薄膜样品的制备'>二.Sb掺杂SnO2薄膜样品的制备
  • 2：Sb薄膜的XPS谱分析'>第二节 SnO2：Sb薄膜的XPS谱分析
  • 2：Sb薄膜结构性质的影响'>第三节 衬底材料对SnO2：Sb薄膜结构性质的影响
  • 2：Sb薄膜结构性质的影响'>第四节 制备条件对SnO2：Sb薄膜结构性质的影响
  • 一.溅射功率对薄膜结构性质的影响
  • 二.氧分压对薄膜结构性质的影响
  • 2：Sb薄膜结构性质的影响'>第五节 掺杂浓度对SnO2：Sb薄膜结构性质的影响
  • 2：Sb薄膜结构性质的影响'>第六节 退火处理对SnO2：Sb薄膜结构性质的影响
  • 本章参考文献
  • 第五章 锑掺杂氧化锡薄膜的光学及光致发光性质
  • 2：Sb薄膜光学性质的影响'>第一节 掺杂浓度及退火处理对SnO2：Sb薄膜光学性质的影响
  • 一.掺杂浓度对薄膜光学性质的影响
  • 二.退火温度对薄膜光学性质的影响
  • 2：Sb薄膜光致发光性质的影响'>第二节 掺杂浓度及退火处理对SnO2：Sb薄膜光致发光性质的影响
  • 一.掺杂浓度对薄膜光致发光性质的影响
  • 二.退火处理对薄膜光致发光性质的影响
  • 2：Sb薄膜光致发光性质的影响'>第三节 制备条件及退火氛围对SnO2：Sb薄膜光致发光性质的影响
  • 2：Sb薄膜光致发光特性的影响'>一.溅射功率对SnO2：Sb薄膜光致发光特性的影响
  • 二.氧分压对薄膜光致发光特性的影响
  • 三.退火氛围对薄膜光致发光特性的影响
  • 2薄膜光致发光特性的影响'>第四节 Sb掺杂及测量温度对SnO2薄膜光致发光特性的影响
  • 2薄膜光致发光特性的影响'>一.Sb掺杂对SnO2薄膜光致发光特性的影响
  • 二.测量温度对薄膜光致发光特性的影响
  • 本章参考文献
  • 第六章 结论
  • 博士期间发表论文目录
  • 致谢
  • 学位论文评阅及答辩情况表

    • 相关论文文献

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