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ZnO是一种重要的Ⅱ-Ⅵ族新型宽禁带n型半导体材料,直接带隙能3.3 eV,激子束缚能(60 meV)。ZnO中掺入Cd形成的ZnO-CdO半导体材料带隙能从3.3 eV减小至2.2 eV,其光致发光可红移至可见区,是一种应用于可见发光的潜在材料。本文采用溶胶-凝胶法制备ZnO-CdO薄膜,利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、紫外可见分光光度计(UV-Vis)、荧光光谱仪(PL)等测试方法研究薄膜的结构、形貌及光学性能。首次通过等温抛物线晶体生长动力学和Johnson-Mehl-Avrami(JMA)等温法研究薄膜晶体生长动力学和结晶动力学行为。主要研究结论和创新点如下。1、采用溶胶-凝胶法制备ZnO-CdO薄膜,固定热处理条件为500℃退火1h,研究了不同预处理温度对薄膜结构与光学性能的影响。当预处理温度为200℃及以上时,薄膜沿c轴择优定向生长,且随预处理温度越高择优取向越好。随Cd的含量增加,ZnO-CdO 薄膜晶体结构由纯纤锌矿结构变为纤锌矿和岩盐矿混合相结构,最后变为纯岩盐矿结构。平均晶粒尺寸大小随Cd的含量增加先减小后增大,紫外吸收边发生明显红移,光学透过率90%降低至80%,光学带隙能从3.31 eV减小至2.20 eV。随Cd含量的增加,薄膜的本征发光峰发生明显的红移。2、纯ZnO、CdO和0.5ZnO-0.5CdO薄膜厚度分别约为350 nm、270 nm和200 nm,薄膜具有多晶性质且结晶度良好。ZnO薄膜晶体生长平均活化能约为25±3 kJ/mol,CdO薄膜晶体生长平均活化能约为13±1 kJ/mol,0.5ZnO-0.5CdO薄膜中CdO晶体生长平均活化能约为10.5 ± 1 kJ/mol。在573 K≤T≤773 K和10 min≤t≤60 min条件下,采用抛物线等温法晶体生长动力学研究ZnO薄膜、CdO薄膜以及0.5ZnO-0.5CdO两相复合薄膜中CdO的晶体生长行为,计算得到ZnO和CdO薄膜晶体生长动力学公式分别表示为:(?)0.5ZnO-0.5CdO薄膜中CdO晶体生长的动力学公式为:(?)3、采用修正Johnson-Mehl-Avrami(JMA)模型,对两相共存体系0.5ZnO-0.5CdO薄膜在热处理温度和时间分别为573 K≤T≤773 K和10 min≤t≤60 min条件下的结晶行为,得到0.5ZnO-0.5CdO薄膜中CdO和ZnO结晶活化能分别为49.5 kJ/mol和121.5 kJ/mol,修正公式分别为:(?)4、0.5ZnO-0.5CdO薄膜光学带隙能(Eg)随CdO平均晶粒尺寸的增大先减小后增大,先红移后蓝移,临界晶粒尺寸为15.9 nm。当在573 K至773 K退火60 min时,ZnO结晶度从5.12%增加到20.91%,光学带隙能(Eg)从2.68 eV增大至3.10 eV,表现出蓝移效应。