發(fā)布時間：2018-10-08 13:02

【摘要】：薄膜是指通過某種手段將小粒子生長在基底片的表面所制備成的雙維度材料,是一種具有薄而軟特性的透明薄片。薄膜材料可以制備達(dá)到納米級別的效果,在某些應(yīng)用方面有著舉足輕重的作用。薄膜材料有著和粉末材料大不一樣的特性效果,例如它的獨(dú)具特色的小尺度效應(yīng)。于是薄膜研究在半導(dǎo)體器件應(yīng)用方面有著無可比擬的優(yōu)勢,此外它還在光學(xué)器件的性能改善方面有著重要作用,達(dá)到更高效率的光學(xué)設(shè)計應(yīng)用領(lǐng)域。氧化鋅(Zn O)是目前比較火的半導(dǎo)體材料,它屬于氧化物系列,性能比較優(yōu)良。其有著3.37e V的寬禁帶寬度與60me V的高激子束縛能。一般情況下六方纖鋅礦結(jié)構(gòu)是它的基本結(jié)構(gòu)。Zn O在紫外發(fā)光二、三極管、稀磁半導(dǎo)體、電致熒光器件、薄膜晶體管、光伏電池等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。此外氧化鋅薄膜在可見光波段有高透過性,原材料且具有存儲量大、來源廣、成本低、制備簡單且易摻雜等優(yōu)點(diǎn),使得氧化鋅擁有極其廣泛的應(yīng)用前景,氧化鋅薄膜更是受到了廣泛關(guān)注。本文首先通過運(yùn)用射頻磁控濺射的制備方式來制取得到Zn O薄膜,同時利用共摻雜方式進(jìn)行了Ti摻雜Zn O薄膜的研究,在不同濺射功率、氧分壓、時間、襯底溫度及不同襯底上制取Zn O薄膜,然后對薄膜的晶體結(jié)構(gòu)、光學(xué)吸收度及透過率、光致發(fā)光等特性采取了相關(guān)表征分析,并且研究分析了不同條件所產(chǎn)生的不同影響,對Ti摻雜Zn O薄膜及條件對它產(chǎn)生的性能影響進(jìn)行了些許的探究討論。得出結(jié)論如下:1.研究了各種工藝參數(shù)條件對制備Zn O薄膜有何特性影響。(1)在FTO襯底上,低功率濺射不管多久時間或在較高功率下濺射較短時間時,Zn O薄膜都處于不定向結(jié)晶狀態(tài),沒有Zn O擇優(yōu)衍射峰位出現(xiàn);Si(p/n)襯底在低功率濺射時間達(dá)到很長時才會出現(xiàn)c軸擇優(yōu)生長;藍(lán)寶石襯底是最容易制備成沿c軸擇優(yōu)生長的Zn O薄膜。結(jié)晶性好的襯底從好到差依次是藍(lán)寶石襯底,Si襯底(p),Si襯底(n),FTO導(dǎo)電玻璃。(2)所有氧化鋅薄膜樣品在330nm到370nm的紫外波段內(nèi),對紫外光有著強(qiáng)烈吸收。所有FTO襯底氧化鋅薄膜都有著高達(dá)90%的可見光透射率,其中尤其以氬氧比處在20:10的情況下,其透射率達(dá)到最高狀態(tài),而純氬時,對應(yīng)的薄膜樣品有著最低的透射率。此外,我們可以發(fā)現(xiàn)除了氧分壓為20:20(sccm)外,當(dāng)氧分壓變大時,Zn O薄膜材料的吸收邊發(fā)了明顯的“藍(lán)移”現(xiàn)象。同時紫外發(fā)光峰位也發(fā)生了微弱的藍(lán)移,這結(jié)論是一致的。此外,FTO襯底樣品光致發(fā)光光譜都有三個波長分別為395nm、475nm與495nm附近的發(fā)光峰,且氧分壓為20:10時,所對應(yīng)的的薄膜本征發(fā)光性能強(qiáng)度達(dá)到最強(qiáng),說明氧分壓在20:10時,這種情況的Zn O薄膜有著比較好的結(jié)晶質(zhì)量。(3)在薄膜樣品大多數(shù)在較低鍍膜功率或較低鍍膜時間(不能太低)時,樣品薄膜生長特別緩慢,制得膜層結(jié)構(gòu)穩(wěn)定,受量子尺寸效應(yīng)影響,光致發(fā)光特性更強(qiáng)烈。如不同濺射功率影響的40w,簡單濺射時間影響的20min,以及低功率下精細(xì)不同時間的FTO襯底的3h、藍(lán)寶石襯底4h、N型Si襯底的3h(當(dāng)然除P型Si襯底比較特殊,是10h時發(fā)光最好)。(4)在藍(lán)寶石襯底上低功率濺射時的精細(xì)時間變化下,3h及以后,隨著濺射時間增長,粒徑平均尺寸變大,衍射峰變強(qiáng),結(jié)晶效果變好;此外,還可以看出,在濺射時間2h到6h逐漸增加時,衍射峰位在向高角度偏移,說明氧化鋅薄膜晶面間距d(002)在先變小,當(dāng)濺射時間繼續(xù)高達(dá)8h時,峰位偏向低衍射角度,說明晶面間距又變大。2.研究了襯底種類、重Ti摻雜濺射功率比在對摻鈦Zn O薄膜的各種表征方面有哪些特性變化影響。在襯底影響方面,藍(lán)寶石襯底樣品的結(jié)晶質(zhì)量更好,表現(xiàn)為特別良好的c軸擇優(yōu)生長,且平均晶粒尺寸更小,但FTO與藍(lán)寶石襯底樣品在高功率濺射制備時都表現(xiàn)為多晶;其次,藍(lán)寶石襯底樣品發(fā)光性能更好,而且明顯藍(lán)寶石襯底樣品的非本征發(fā)光峰強(qiáng)度弱于本征發(fā)光峰強(qiáng)度,所以藍(lán)寶石襯底樣品發(fā)光性能受缺陷影響更小。在重?fù)诫sTi共濺射功率比影響方面,隨著Ti濺射功率的變強(qiáng),Ti重?fù)诫s量的會大幅度變大,雖然Zn O樣品的還沿c軸擇優(yōu)生長,但衍射峰強(qiáng)度有變低的趨勢。然而其半高寬呈現(xiàn)變寬的趨勢,平均晶粒尺寸變小;除了160:40外,摻鈦Zn O薄膜的紫外吸收強(qiáng)度在增強(qiáng);重?fù)诫sTi量摻太多會降低薄膜的熒光發(fā)光特性,160:40樣品本征發(fā)光峰比較純凈單一,發(fā)光性更好。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TN304.21;O484

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2256855