【摘 要】
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氧化锌作为第三代半导体材料,以其优异的光电、压电等特性而备受研究人员的青睐。利用能带工程,在氧化锌基质晶格中掺入其它离子（Al、Mg、Cd、Ga等）可以使得ZnO在诸如紫外探测器、光发射器件、太阳能电池等方面具有更为广泛的应用。理论上将Mg原子掺入到ZnO的基质晶格当中,获得的MgZnO薄膜能带可以在3.37e V到7.8e V范围内连续调节。同时由于锌离子和镁离子的离子半径相接近,因此,Mg掺入
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氧化锌作为第三代半导体材料,以其优异的光电、压电等特性而备受研究人员的青睐。利用能带工程,在氧化锌基质晶格中掺入其它离子（Al、Mg、Cd、Ga等）可以使得ZnO在诸如紫外探测器、光发射器件、太阳能电池等方面具有更为广泛的应用。理论上将Mg原子掺入到ZnO的基质晶格当中,获得的MgZnO薄膜能带可以在3.37e V到7.8e V范围内连续调节。同时由于锌离子和镁离子的离子半径相接近,因此,Mg掺入到ZnO材料当中不会引起材料明显的晶格畸变,可以更好地应用到各个方面。故研究制备MgZnO薄膜将会对这种材料的深入开发和应用具有重要的意义。根据MgZnO薄膜中镁组分的不同,一般而言,该薄膜在实验过程中会存在六角纤锌矿和岩盐立方相结构,由于制备工艺以及实验参数的不同,两种结构的相分离临界点仍不确定,但大多数认为在40～60at%之间。常规的薄膜沉积工艺主要包括MOCVD、PLD、sol-gel、磁控溅射等,而共溅射技术尚鲜有报道。相比于其它几种沉积方法,通过双靶材共溅射技术,可以更容易实现任意组分比例的MgZnO合金薄膜的沉积制备,适合大面积生长。因此,研究共溅射方法制备薄膜将会给MgZnO薄膜的研究提供一种全新的思路。本文采用共溅射工艺沉积制备MgZnO三元合金薄膜,研究了在共溅射工艺下氧化锌和氧化镁靶功率、不同气体氛围、不同热退火处理对MgZnO三元合金薄膜结晶以及光学性质的影响。需要特别指出的是,由于在研究氧化锌和氧化镁靶功率对MgZnO薄膜的影响时,该磁控溅射系统会存在两个变量（ZnO靶功率和Mg O靶功率）,因此为了控制单一变量,确保实验的准确性,我们首先研究了不同溅射功率对单靶溅射ZnO薄膜物性的影响以确定ZnO靶的最佳功率。实验中,利用AFM表征了薄膜的表明微观结构;利用X射线衍射表征了薄膜的结晶性质;运用光致发光谱表征了薄膜的光学性质,并通过X射线能谱分析（EDX）测试分析了合金薄膜中Mg和Zn的含量。最后采用探究出的最优条件沉积制备MgZnO薄膜并设计构建MgZnO基光发射器件。通过实验发现,当ZnO靶功率为50W时所制备的ZnO薄膜最佳;在此共溅射工艺中,当Mg O和ZnO的靶功率分别为75W和50W、氧氩气体的流量比值为2:1、退火温度为700℃时所制备的MgZnO薄膜表面平整光滑,粗糙度较低,结晶性以及光学性质达到最好。在上述研究的基础上,利用射频磁控溅射以及真空热蒸发技术,构建了氧锌镁基MIS结光发射器件（Au/Mg O/MgZnO）。随后对器件进行电致发光测试,结果表明器件实现了较为纯净的源自MgZnO有源层的紫外电致发光。
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