溶胶-凝胶法制备I-V族元素共掺ZnO薄膜

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氧化锌(Zinc oxide,ZnO)是一种具有六方纤锌矿结构的II-VI族直接带隙(3.37eV)金属氧化物,激子束缚能高达60meV,在光电器件的应用上具有很大优势,天然呈n型导电。由于稳定的化学性质和良好的光学、电学特性,并且其自然储备丰富、价格低廉,ZnO被广泛的应用在发光材料、透明电极材料、显示器和窗口材料上。对氧化锌进行合理的掺杂,可以有效改善其光学性能和电学性能,是目前短波长的发光材料领域研究的热点。  本文先对薄膜材料进行了介绍,主要包括了薄膜材料的特点和未来前景,接着详细介绍了ZnO材料的结构特征和研究现状,对制备方法进行了比较,最后采用了溶胶-凝胶法制备薄膜。本文以玻璃为衬底,乙酸锌、氯化锂、氯化钾和氯化铵为溶质,乙二醇甲醚为溶剂,乙醇胺为稳定剂制备胶体,采用溶胶-凝胶旋涂法制备了未掺杂的ZnO薄膜和Li-N、K-N共掺的ZnO薄膜,采用了X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、光致发光谱(PL)和紫外-可见分光光度计(UV-VIS)的表征手段对样品的晶体结构、表面形貌、发光性能和透过性能进行了测试。  测试结果表明:Li-N、K-N元素的共掺,一定程度上能够增强ZnO薄膜在(002)方向的生长。对于Li-N共掺ZnO薄膜,当Li元素的原子比占6at%和8at%的情况下,薄膜的c轴择优取向明显,ZnO的紫外发光强度增强,缺陷发光减弱,当Li元素掺杂量在6at%时薄膜紫外发光最强。对于K-N共掺ZnO薄膜,其(002)衍射峰强度均高于未掺杂的ZnO薄膜,而对ZnO的近带边发光影响不大,K元素的掺杂量在6at%时的近带边发光强度相对最大。两组掺杂元素对于ZnO薄膜的透过性能影响不大,整体的透过率基本维持在80%以上。
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