雙受主施主摻雜ZnO薄膜的組織結(jié)構(gòu)與性能.pdf

1、本文利用射頻磁控濺射方法成功制備了Ga-N和Ag-Ga-N摻雜ZnO薄膜。系統(tǒng)研究了工藝參數(shù)對(duì)多元摻雜ZnO薄膜的顯微組織結(jié)構(gòu)及性能的影響。采用原子力學(xué)顯微鏡(AFM)、X射線衍射(XRD)、X射線能量色散譜(EDS)、X射線光電子能譜（XPS）、熒光分光光度計(jì)和霍爾效應(yīng)測(cè)試等系統(tǒng)研究了多元摻雜ZnO薄膜的表面形貌、相結(jié)構(gòu)、光學(xué)和電學(xué)性能。
　　結(jié)果表明，ZnO薄膜表面粗糙度隨濺射功率、襯底溫度、退火溫度的升高而增大，隨壓強(qiáng)的增加

2、而減小，隨氣氛N2含量的增加先增加后減??；表面顆粒尺寸隨濺射功率、襯底溫度、退火溫度的升高而增大，隨壓強(qiáng)和氛N2含量的增加先減小后增大。O在薄膜中主要以Zn-O鍵方式存在，另一種以游離方式存在；N主要以Ga-N或Zn-N的方式存在；Ag摻雜后，游離的O含量減少，但N以N2、(NH4)+、(NH2)-形式存在的量相對(duì)增加。
　　研究表明，室溫時(shí)，多元摻雜ZnO薄膜由激子復(fù)合引起的紫外發(fā)光峰在371nm左右，其發(fā)光強(qiáng)度顯著依賴于薄膜的

3、晶粒大小，隨著薄膜晶粒的增大，紫外光發(fā)光強(qiáng)度提高；紫光波段中，存在396nm的Ga-N施主受主對(duì)復(fù)合發(fā)光，表明摻雜元素N和Ga進(jìn)入了ZnO薄膜的晶格位并形成了施主受主對(duì)；Ag摻雜后，黃橙光的發(fā)光強(qiáng)減弱，表明Ag的引入，抑制了Oi的生成；退火后，紫外光峰位紅移2nm，表明退火后薄膜禁帶寬度變窄；當(dāng)退火溫度為620℃時(shí)，在529nm處觀察到AgZn的特征發(fā)光，表明合適的退火溫度下 Ag原子能夠進(jìn)入 ZnO薄膜的晶格位，形成受主AgZn，并與

4、導(dǎo)帶中的電子復(fù)合發(fā)光。
　　20K下多元摻雜ZnO薄膜的PL譜發(fā)光峰位的計(jì)算分析結(jié)果表明，受主NO的能級(jí)在價(jià)帶頂142meV處，施主GaZn的能級(jí)在導(dǎo)帶低94meV-124meV處；Ag摻雜后，中性施主激子復(fù)合發(fā)光強(qiáng)度明顯提高，表明 Ag的引入使 ZnO薄膜晶格發(fā)生畸變，進(jìn)而引入了更多施主。
　　Ag-Ga-N摻雜ZnO薄膜中，由于Ag的引入使電子載流子濃度提高，霍爾遷移率下降。濺射功率為80W，壓強(qiáng)為2Pa，N2含量為40