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ZnO和TiO2作为宽禁带氧化物半导体近年来倍受人们的重视。1997年观察到ZnO薄膜光泵浦紫外激光发射、2002年TiO2基稀磁半导体的室温铁磁性的发现给其研究注入了新鲜的活力,开拓了新的研究领域。
本文利用脉冲激光沉积法(PLD)制备出具有高度C轴择优取向的ZnO薄膜,发现生长条件对薄膜的性质有重要影响。在沉积的温度范围内(600-900℃)所制备的ZnO薄膜具有C轴择优取向。氧气压力和激光能量对薄膜表面形貌的影响显著,高氧压会产生粗糙的表面,降低氧压则会使表面比较平整;激光能量密度增加,薄膜的平均颗粒尺寸增加,增大激光能量到200mJ/脉冲时,超加热效应使靶材内部出现微爆现象,导致薄膜表面质量变差,颗粒大小很不均匀。通过光致发光谱的测量,所有薄膜均在380nm附近出现带边发射峰,并且发现随着氧气压力的增加,ZnO薄膜的带边发射峰强度显著增加,这可能是由于氧气补偿了薄膜中的部分缺陷,致使薄膜中缺陷浓度减小。
我们又通过PLD法生长高温、低温同质缓冲层,研究了缓冲层对薄膜结构和性能的影响。发现低温缓冲层可以有效地释放薄膜应力,得到表面均匀的薄膜,而高温缓冲层会导致薄膜表面形貌的恶化。无论是低温缓冲层还是高温缓冲层,光致发光带边强度都得到增强。
最后我们用溶胶-凝胶法制备了TiO2:Co薄膜,通过研究不同烧结温度,发现在450度附近可以获得结晶性能良好的薄膜,低温光致发光谱发现其在530nm附近存在深能级发射峰,对应于TiO2的F型色心缺陷。另外,我们还初步制备了共掺杂薄膜TiO2∶(Co,Mo),这对磁性起源的澄清有一定的意义。