硫化锌(ZnS)作为一种重要的宽禁带半导体材料,由于其表现出来的优异的光电性质,在薄膜晶体管、光电探测器、太阳能电池等应用领域具有极大的经济价值,吸引了科研工作者的研究兴趣。调研发现,薄膜材料的表面形貌和结晶质量对其理化性质有着重要影响,所以改善制备工艺条件,获得优质薄膜材料对于研究其理化性质是关键的。本文首先在Si片上利用脉冲激光沉积技术(PLD)制备了ZnS薄膜,研究了不同退火温度对ZnS薄膜的结晶性能的影响。然后,利用离子注入技术对ZnS薄膜进行了氮离子掺杂处理,研究了ZnS:N体系的结构形貌以及光学性能的变化。具体研究内容如下:(1)纯度为99.99%的ZnS陶瓷靶材作为沉积源,利用Nd:YAG型固体激光器脉冲激光沉积系统(Pulsed Laser Deposition,PLD)在单晶硅片衬底上沉积硫化锌薄膜,然后在原位条件下进行退火处理,研究退火温度对薄膜结晶性能的影响。X射线衍射分析表明制备的ZnS薄膜为闪锌矿型,并且薄膜在未退火时结晶质量较差,薄膜表面粗糙度较大。经过退火处理后发现薄膜的晶粒尺寸随着退火温度的升高而增大,同时薄膜的表面粗糙度随着退火温度的升高逐渐减小,退火处理明显改善了ZnS薄膜的结晶质量。采用脉冲激光沉积技术,我们制备出了沿(111)方向择优生长的闪锌矿型ZnS薄膜。(2)氮离子的掺杂改性研究:通过离子注入技术实现对制备的单晶ZnS薄膜掺杂氮处理。X射线衍射测试结果显示,薄膜进行氮离子掺杂注入后ZnS薄膜仍是闪锌矿结构且沿着(111)晶面择优生长,但是出现晶粒尺寸增大的现象,这与杂质离子氮的引入有关。SEM和AFM分析结果发现,随着氮离子注入能量的增大,薄膜的表面粗糙度也随之增大。主要是氮离子在高能量注入薄膜时,对薄膜的结构破坏性更加严重,造成其表面粗糙度增大。紫外可见光谱分析发现注入氮离子后,薄膜的光吸收限蓝移,同时其禁带宽度增大。荧光光谱分析发现氮离子掺杂后,ZnS薄膜在420 nm和440 nm的光致发光强度显著增强,使得ZnS:N材料具有应用于发光器件的潜在价值。