緩沖層、包覆層對提高ZnO納米薄膜紫外發(fā)射性能的研究.pdf

1、ZnO是一種重要的Ⅱ-Ⅵ族化合物半導(dǎo)體材料，它具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和熱學(xué)穩(wěn)定性。在室溫下，它的禁帶寬度為3.37eV，激子束縛能高達60meV，如此高的激子束縛能使ZnO材料在室溫甚至更高的溫度下都具有很強的激子發(fā)射性能。因此，ZnO材料成為制造下一代短波長(尤其是紫外)發(fā)光器件如紫外發(fā)光二極管、紫外激光器等的理想選材之一。目前，盡管很多ZnO納米結(jié)構(gòu)材料已經(jīng)被制備出來并被廣泛地研究了，但ZnO薄膜仍是被研究得最廣泛和最深入的ZnO材料

2、。對于ZnO薄膜在紫外發(fā)光器件中的應(yīng)用，如何提高它的紫外發(fā)射性能和采用何種技術(shù)方法來制備商業(yè)性使用的ZnO薄膜一直是廣受人們關(guān)注的問題。正是在這樣的背景下，我們開展了一些相關(guān)的研究工作。
　　 (1)研究了TiO2緩沖層與SiO2緩沖層對生長在Si襯底上的ZnO薄膜的結(jié)構(gòu)與紫外發(fā)射性能的影響。眾所周知，單晶Si是生長ZnO薄膜的主要襯底材料之一，但在單晶Si襯底上生長ZnO薄膜存在兩個方面的問題：一方面是當在較高的溫度下生長Zn

3、O薄膜時或?qū)ιL在Si襯底上的ZnO薄膜在較高的溫度下退火時，Si襯底表面的Si原子容易從ZnO薄膜中“掠取”氧原子，從而造成ZnO薄膜中出現(xiàn)很多氧空位缺陷；另一方面，ZnO薄膜與Si襯底之間存在較大的晶格失配與熱失配。這些因素都會導(dǎo)致ZnO薄膜的結(jié)晶質(zhì)量下降和紫外發(fā)射性能降低。本研究結(jié)果表明TiO2緩沖層與SiO2緩沖層可以有效地提高ZnO薄膜的結(jié)晶質(zhì)量和增強ZnO薄膜的紫外發(fā)射性能，這主要歸因于TiO2緩沖層與SiO2緩沖層解決了上

4、述兩個方面的問題。
　　 (2)研究了TiO2包覆層對ZnO薄膜的紫外發(fā)射性能的影響。采用電子束蒸發(fā)制備了TiO2納米顆粒包覆的ZnO薄膜，利用TiO2納米顆粒與ZnO薄膜之間的熒光共振能量轉(zhuǎn)移效應(yīng)，ZnO薄膜的紫外強度被大幅度地提高了。此外，研究結(jié)果也表明，適當?shù)耐嘶鹛幚韺τ讷@得最佳的TiO2-ZnO薄膜的紫外發(fā)射性能很重要。
　　 (3)研究了膜厚對溶膠—凝膠法生長的ZnO薄膜的結(jié)構(gòu)與光學(xué)性質(zhì)的影響。實驗結(jié)果表明，隨

5、著膜厚的增加，ZnO薄膜的結(jié)晶質(zhì)量逐漸提高了，紫外發(fā)射性能逐漸增強了；ZnO晶粒的生長模式逐漸由縱向式生長向側(cè)向式生長轉(zhuǎn)變。
　　 (4)采用電子束蒸發(fā)和快速高溫退火處理制備出了納米錐ZnO薄膜并研究了它的光致發(fā)光行為的陳化效應(yīng)。研究結(jié)果表明，對于非密封陳化的ZnO薄膜，隨著陳化時間的延長，它的綠光發(fā)射強度逐漸減弱了，而紫外發(fā)射強度輕微地增加了。這個實驗結(jié)果支持ZnO的綠光發(fā)射起源于氧空位缺陷。
　　 本文所進行的研究工