【摘 要】
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ZnO是Ⅱ-Ⅵ族宽带隙半导体材料,室温下禁带宽度约为3.37eV,激子束缚能约为60meV,在短波长激光二极管与紫外光探测器等光电器件领域具有非常广阔的应用前景。而ZnO的带隙调制
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ZnO是Ⅱ-Ⅵ族宽带隙半导体材料,室温下禁带宽度约为3.37eV,激子束缚能约为60meV,在短波长激光二极管与紫外光探测器等光电器件领域具有非常广阔的应用前景。而ZnO的带隙调制的能带工程是实现这些器件的重要方法。相关研究发现,通过在ZnO中掺入一定的Cd组分,从而形成Zn1-xCdxO合金半导体,材料的发光波长可从紫外光区域变化至蓝绿光区域。本文以蓝宝石、Si(111)以及石英为衬底,采用电子束蒸发法通过蒸发固定组分的ZnO/CdO(摩尔比95:5)陶瓷靶,制备出一系列的ZnO:Cd薄膜。通过X射线衍射技术(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FESEM).光致发光(PL)谱(激光源为He-Cd激光器,波长为325nm)、透射光谱和霍尔测试等多种表征手段,对薄膜的晶体结构、表面形貌和光电特性进行了测试和分析。主要研究内容如下:一、在不同的衬底温度下,采用电子束蒸发技术在蓝宝石衬底上制备出了一系列ZnCdO薄膜。测试结果表明,薄膜具有高度的c轴择优取向性,并且随着衬底温度的升高,XRD谱图中的(002)衍射峰强度逐渐增强,半高宽逐渐变窄。当衬底温度为500℃时,可得到最佳的薄膜结晶质量,此时,薄膜表面形成较密集的纳米线结构,PL谱紫外发光峰最强,透射率高达90%以上,电阻率最小。二、取衬底温度为300℃时得到的薄膜在不同温度下做退火处理,由XRD测试结果可知,当退火温度为550℃时,得到的薄膜具有最强衍射峰,结晶质量最好。三、分别在蓝宝石、Si(111)和石英衬底上制备了系列ZnCdO薄膜。研究发现,薄膜结构、形貌以及光电特性的变化规律基本一致,受衬底影响不大。同时得出结论,以蓝宝石为衬底制备的ZnCdO薄膜结晶质量最好,以Si(111)为衬底次之,以石英为衬底得到的薄膜结晶质量最差。
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