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氧化锌(ZnO)是一种新型的直接宽禁带化合物半导体材料,室温下禁带宽度约为3.37eV ,激子束缚能约为60meV,在室温下易实现高效率的受激发射。由于ZnO在结构、电学和光学等方面有诸多优点,加上ZnO薄膜制作方法的不断优化,使其在发光二极管、透明导电膜、太阳能电池窗口材料、表面声波器件、气敏传感器等领域具有广泛的应用。本文采用直流磁控溅射镀膜工艺,分别在玻璃衬底上沉积了ZnO及不同锑掺杂浓度的薄膜(ZnO:Sb),在实验中薄膜样品分别在高纯氮气中进行了退火热处理,退火温度为450℃和550℃,退火时间为1小时。采用台阶仪、双光束紫外-可见分光光度计、X射线衍射(XRD)和荧光分光光度计等手段对制备的ZnO及Sb掺杂的ZnO薄膜样品的厚度、结构和光学性质等进行了深入的研究。XRD结果表明,随着退火热处理温度的升高,ZnO晶粒逐渐增大,并逐渐从非晶态向晶态转变,得到在(002)方向上择优生长的ZnO薄膜,获得了稳定性较好的工艺条件。本文分析了Sb的掺杂量、氧气浓度和退火温度对ZnO及ZnO:Sb薄膜透射率、微结构及光学带隙的影响。研究结果发现:Sb的掺杂使得薄膜的晶面间距变大,随着掺杂量的增加,晶粒尺寸减小,说明Sb的掺杂使得晶粒得到了细化;Sb的掺杂使得薄膜的光学带隙减小;随着着氧气浓度的增大,薄膜沉积速率减小,晶面间距增大,光学带隙增大;退火使得薄膜的光学带隙减小。本文还对ZnO及ZnO:Sb薄膜的光致发光进行了研究,分析了氧气浓度、退火温度对薄膜样品发光的影响。所有薄膜样品都出现了波长为430nm和460nm的蓝色发光峰,Sb掺杂量为3%的ZnO薄膜样品还出现了520nm的绿色发光峰。最后对可见光的发射机理做了初步的探讨,认为430nm的蓝光来自电子由锌填隙(Zni)形成的浅施主能级到价带的跃迁;460nm的蓝光是电子由氧空位(VO)能级到间隙氧(Oi)能级之间跃迁产生的;而520nm的绿色发光中心主要来源于导带底到氧错位缺陷能级的跃迁。