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ZnO是一种六角纤锌矿结构的直接带隙宽禁带半导体材料,室温下的禁带宽度为3.37eV,激子结合能高达60 meV,具有独特而优异的光学和电学性能。在紫外激光二极管、蓝光、蓝绿光等多种发光器件、太阳能电池、压电换能器、表面声波器件、气敏传感器、显示屏和照明等方面,均被认为具有重要的应用前景。ZnO有很好的成膜特性,其禁带宽度对应紫外光的波长;控制其掺杂和缺陷浓度,也可以得到强的可见发射,是一种很有用的新型光电材料,研究ZnO薄膜的发光性质具有十分重要的意义。
ZnO薄膜的制备方法有很多种,例如:化学气相沉积、溶胶.凝胶法、磁控溅射、脉冲激光沉积法等。而超声喷雾热解法作为近年来发展起来的新兴的制膜技术,在ZnO薄膜制备方面取得很快进展。该方法无需真空,在常压下就可进行薄膜制备;设备简单,成本低廉,尤其适合大面积薄膜制备;能获得表面均匀的高质量的薄膜;能通过改变沉积时间和其它实验参数来精确控制厚度。
本论文的主要研究内容和结果如下:
采用超声雾化热解法制备了ZnO薄膜、ZnO:Ag薄膜和ZnO:Mg薄膜,以X射线衍射、扫描电子显微镜、光致发光谱、X射线光电子能谱等手段对样品进行了表征。研究了工艺参数(衬底温度、喷雾速度)对ZnO薄膜的微结构和光致发光性能的影响规律及薄膜的成膜机理。优化了工艺参数,制得了强紫外发射、高紫外/可见发光强度比的ZnO薄膜。
研究了不同掺杂浓度和衬底温度制备的ZnO:Ag薄膜的结构和光致发光性质,并研究了退火对ZnO:Ag薄膜的影响,发现低浓度的银掺杂可以进一步提高ZnO的紫外发光性能。
研究了Mg掺杂对ZnO薄膜紫外发光性能的影响,发现Mg掺杂使ZnO薄膜的紫外发光峰峰位显著蓝移。
初步研究了ZnO薄膜和Ag掺杂ZnO薄膜的光催化性能以及ZnO:Al/Cu<,2>O异质结构的光伏效应。