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氧化锌(ZnO)是一种具有六方纤锌矿晶体结构的宽禁带Ⅱ-Ⅵ族半导体材料。以其优良的物理特性,ZnO薄膜在众多领域得到了广泛的应用。本文主要通过一种低成本、简单易操作、适于大面积沉积、环境友好的合成方法—化学浴沉积(CBD),在低温条件下制备了ZnO薄膜,并对所获得的薄膜样品的结构、形貌、性能等进行了表征。目前,化学浴沉积ZnO薄膜技术常常由于低温、薄膜与衬底的晶格失配等问题而出现c轴取向差、形核密度底的现象。本文通过对制备过程中各种影响因素的研究,在低温下得到了高c轴取向、高形核密度及高光学透过率ZnO薄膜,并首次在化学浴技术中引入了电场,提高了ZnO薄膜的形核密度。
在对化学浴沉积制备ZnO薄膜的参数研究中,首先对不同鳌合剂对化学浴制备ZnO薄膜的影响进行了分析和讨论。之后分别对不同衬底放置方式,不同过渡层对制备ZnO薄膜的影响分别做了详细的探讨和总结。实验采用X射线衍射仪、扫描电镜、紫外-可见分光光度仪、XPS、PL分析了不同鳌合剂对ZnO薄膜的生长形貌,可见透过、晶体结构等进行了表征,结果表明选用氨水(NH3·H2O)为鳌合剂时所制备薄膜均匀致密,结晶性优于其它两种;对不同衬底放置方式的研究表明,平放衬底相比于竖放衬底能够大大提高ZnO薄膜的c轴取向性;不同的过渡层对ZnO薄膜的生长有着很大的影响,在选用以溅射方法制备的ZnO过渡层为衬底时所制备的ZnO薄膜的各种表征结果表明优于以溶胶凝胶方法制备的ZnO过渡层为衬底时所制备的ZnO薄膜,而且,实验得到了具有高c轴取向,结晶性良好,且在可见光范围内的光学透过率达到80%以上的ZnO薄膜。本文在分析结果的同时还讨论了其中的主要反应机理。
为解决ZnO薄膜在玻璃衬底上形核密度低的问题,本文首次在化学浴沉积技术中引入了电场。探索了电场对化学浴沉积ZnO薄膜的影响。由于结晶ZnO与玻璃的晶格失配,薄膜在衬底上的形核受到了很大的限制。在引入电场后,ZnO薄膜在衬底上的形核随着电场的增强有了很大的提高。文中还初步讨论了电场对化学浴制备ZnO薄膜的影响机理。