Ag掺杂ZnO薄膜及纳米结构的Raman特性

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作为一种Ⅱ-Ⅵ族半导体材料,氧化锌(ZnO)在很多方面有着广泛的应用。由于ZnO是直接带隙宽禁带(3.37eV)半导体并具有较大的激子束缚能(60meV),因此也是一种很有前景的光电子材料,有可能应用于发光二极管和激光二极管等。ZnO材料的性能与其制备方法、工艺参数、掺杂元素以及后续处理方法等都有很大的关系。金属银(Ag)属于IB族元素,是一种良好的导体,在可见光区的光吸收相对较低。理论上Ag能够取代ZnO中Zn的位置形成受主掺杂。拉曼光谱技术是观测晶体内部微观结构的一个比较常用的方法,从拉曼峰中可以得到晶体结构、晶格畸变、晶体缺陷与杂质以及相变等重要信息。本文通过不同方法向ZnO薄膜和纳米结构中掺入了适量的Ag,分析了Ag的掺入对ZnO的结构、形貌和拉曼特性的影响,主要工作概括如下:利用PLD方法在c面蓝宝石衬底上制备了Ag掺杂ZnO薄膜(ZnO:Ag),分析了衬底温度对薄膜性质的影响。结果表明:随着衬底温度的升高,薄膜中Ag的含量增大,XRD谱图中的(002)峰位置向低角方向移动;发现了位于492cm-1与Ag相关的特征拉曼峰,该峰位置不随衬底温度升高而改变。利用PLD方法在c面蓝宝石衬底上制备了ZnO:Ag薄膜,研究了退火温度为700℃时薄膜结构和拉曼特性的变化。结果表明:退火之后薄膜的XRD谱图中的(002)峰向低角方向移动,拉曼谱中位于492cm-1的与Ag相关的特征峰位置不变,退火前后拉曼谱中的A1(LO)模强度都很大。利用CVD方法制备了非掺杂ZnO微纳米线和Ag掺杂ZnO纳米结构并对其性能进行了分析。1)利用ZnO粉作反应源在石英管壁上制备了ZnO微纳米线,测试结果表明ZnO微纳米线的晶体结构为较完美的六角结构,生长方向基本一致;拉曼谱分析表明ZnO微纳米线内部存在张应力,还存在部分如氧空位等点缺陷。2)利用ZnO粉和Ag2O粉作反应源在蓝宝石衬底上生长了ZnO:Ag纳米结构,结果表明衬底位置不同所生长的纳米结构也不相同,这可能与样品所处位置的氧气浓度或者说与其所处环境的动态热力学平衡条件有关。在ZnO:Ag纳米结构的拉曼光谱中也发现了位于492cm-1的与Ag相关的拉曼峰,而且该峰位置与纳米结构的形状无关。在本论文制备的Ag掺杂ZnO样品的拉曼谱中均发现了位于492cm-1的与Ag相关的特征拉曼峰,该峰的位置与Ag的掺杂方式、生长(衬底)温度、退火处理和结构形态均无关,因此可作为判断Ag是否掺入ZnO的标志。这是本论文对掺杂ZnO研究的一项贡献。
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