PDF《在灶员 原曾原赠晕葬曾 悦燥赠 韵 薄膜的脉冲激光》

物理学报摇 粤糟贼葬 孕澡赠泽援 杂蚤灶援 摇 灾燥造援 远园袁 晕燥援 缘 渊圆园员员冤摇 园缘苑员园缘 M圆园员员 中国物理学会 悦澡蚤灶藻泽藻 孕澡赠泽蚤糟葬造 杂燥糟蚤藻贼赠 摇 澡贼贼责院辕 辕 憎怎造蚤曾遭援 蚤责澡赠援 葬糟援 糟灶 园缘苑员园缘鄄 员摇摇摇摇在灶员 原曾原赠晕葬曾 悦燥赠 韵 薄膜的脉冲激光 沉积制备及表征鄢 李世帅员冤 摇 冯秀鹏员冤 摇 黄金昭员冤 摇 刘春彦员冤 摇 张摇 仲员冤L 摇 陶冶微圆冤 员冤渊济南大学理学院袁济南摇 圆缘园园圆圆冤 圆冤渊南京邮电大学理学院袁南京摇 圆员园园园猿冤 渊圆园员园 年远月圆苑 日收到曰圆园员园 年愿月员远 日收到修改稿冤 摇摇采用脉冲激光沉积技术袁在 杂蚤渊员员员冤衬底上成功制备出不同含量 晕葬袁悦燥 共掺的 在灶韵 薄膜援 利用 载 射线衍射仪尧 原子力显微镜尧荧光光谱仪以及四探针电阻率测试台对薄膜的结构尧表面形貌和光电性质进行了表征援 重点讨论了 不同掺杂浓度对薄膜光电性质的影响援 结果表明院晕葬袁悦燥 共掺没有改变 在灶韵 的六角纤锌矿结构且掺杂导致薄膜仅 有的的紫外发光峰出现红移援 当 晕葬袁悦燥 掺杂浓度分别为 员园豫 时袁峰值最强且红移最明显袁发光峰波长为 猿怨苑 灶皂袁薄 膜的电阻率最低袁达到了 愿郾 猿源 伊 员园 原员赘窑糟皂援 深入讨论了上述结果的产生原因援 关键词院 脉冲激光沉积袁 在灶员 原曾原赠晕葬曾 悦燥赠 韵 薄膜袁 光电性质袁 红移 孕粤悦杂院 苑员援 缘缘援 郧泽袁 苑猿援 远员援 郧葬袁 苑愿援 远远援 匀枣 鄢山东省自然科学基金渊批准号院再圆园园苑郧员源冤袁山东省科学技术发展计划项目渊 批准号院圆园园怨郧郧圆园园猿园圆愿冤袁济南大学博士基金渊 批准号院 载月杂园愿源缘冤袁北京交通大学发光与光信息技术教育部重点实验室开放基金渊批准号院圆园员园蕴韵陨园员冤资助的课题援 L 通讯联系人援 耘鄄皂葬蚤造院泽泽鄄扎澡葬灶早扎岳 怎躁灶援 藻凿怎援 糟灶 员郾 引言氧化锌渊在灶韵冤晶体为六方纤锌矿结构的自激活 宽禁带半导体材料袁室温下的禁带宽度为 猿郾 猿苑 藻灾袁 激子结合能达 远园 皂藻灾袁它具有优良的半导体尧介电尧 压电和光电等性能袁在光电导尧光波导尧压电尧发光 器件尧透明导电膜尧激光器尧气敏传感器尧表面及体 声波器件以及声光器件等方面具有广阔的应用前 景咱员要猿暂 援 尤其是掺杂的 在灶韵 薄膜袁其性能得到很大 的改善袁大大拓宽了它的应用领域援 近几年来袁晕葬袁 悦燥 单独掺杂 在灶韵 的报道已屡见不鲜援 一般认为 晕葬 的掺入可使 在灶韵 出现 灶鄄责 转型并有较强紫外发射特 性咱源暂 曰而目前袁国内外对于 在灶韵院悦燥 的研究主要集中 在薄膜材料的磁学方面袁对于 悦燥 掺杂 在灶韵 纳米材 料光学性能研究则刚刚起步咱缘袁远暂 援 从理论上讲袁在 在灶韵 中袁玉族元素相对于吁族元素有着较浅的受主 能级袁且 晕葬 不容易形成间隙态施主以及间隙施主 态替代受主态复合体咱苑袁愿暂 曰悦燥圆 垣 离子半径与 在灶圆 垣离子半径接近袁将会以替位形式存在于 在灶韵 四面体结 构中袁会影响 在灶韵 晶体结构中的缺陷浓度援 因此 晕葬袁 悦燥 的掺入势必大大影响 在灶韵 的光电特性援 而 晕葬袁悦燥 不同含量的共掺更有可能使 在灶韵 薄膜产生独特的 性质援 目前袁已开发了多种 在灶韵 薄膜的制备技术用 来实现掺杂并调控和改善其性能袁主要有脉冲激光 沉积法渊孕蕴阅冤咱怨暂 尧磁控溅射法渊酝杂冤咱员园暂 尧溶胶凝胶法 渊泽燥造鄄早藻造冤咱员员暂 尧分子束外延法渊酝月耘冤咱员圆暂 尧金属有机化 合物气相沉积法渊酝韵悦灾阅 冤咱员猿暂 尧水热合成法渊匀杂冤咱员源暂 尧喷雾热分解法渊杂责则赠冤咱员缘暂 等援 孕蕴阅 是高功 率的脉冲激光束经过聚焦之后通过窗口进入真空 室照射掺杂的 在灶韵 靶材并使其气化袁产生等离子 体援 其中包含的 在灶圆 垣 袁韵圆 原 袁掺杂离子以及它们形成 的中性原子尧原子团等以一定的动能到达衬底援 在 适当的衬底温度下袁这些粒子运动到最稳定的晶面 上袁从而实现薄膜的沉积咱员远袁员苑暂 援故孕蕴阅 法具有成膜 质量高袁组分可控袁利于大剂量掺杂等优点援 鉴于 晕葬袁郧燥 的掺杂特性和 孕蕴阅 的制膜优点援 我们采用 孕蕴阅 法在 杂蚤渊员员员冤衬底上成功制备出较大剂量 晕葬袁 悦燥 共掺的 在灶韵 薄膜并分析探讨了不同的掺杂浓度 对 在灶韵 光电性质的影响袁为实现 在灶韵 作为新一代光 物理学报摇 粤糟贼葬 孕澡赠泽援 杂蚤灶援 摇 灾燥造援 远园袁 晕燥援 缘 渊圆园员员冤摇 园缘苑员园缘 园缘苑员园缘鄄 圆摇摇摇摇电材料奠定基础援 圆郾 实验圆郾 员郾 晕葬袁郧燥 共掺 在灶韵 靶材的制备 摇摇根据 晕葬袁悦燥 含量的不同袁制备出三个陶瓷靶 葬院 在灶园郾 愿园 晕葬园郾 员园 悦燥园郾 员园 韵袁 遭院 在灶园郾 愿缘 晕葬园郾 园缘 悦燥园郾 员园 韵袁 糟院 在灶园郾 愿缘 晕葬园郾 员园 悦燥园郾 园缘 韵援 将计算并称量好的醋酸锌尧醋酸钴和 氯化钠制成 在灶圆 垣 浓度为 园郾 缘 皂燥造辕 蕴 的混合溶液袁搅 拌均匀袁此时溶液为无色透明液体援 向混合溶液中 加入与 在灶圆 垣 等摩尔的二乙醇胺溶液渊浓度为 缘豫 冤 作为稳定剂并在 愿园益 的水浴氛围中搅拌 远澡后袁混 合溶液变为淡紫色均匀透明的溶胶援 将溶胶放入真 空干燥箱中袁在 猿园园益下保温 猿澡得到均匀的凝胶援 将所得凝胶置于箱式电阻炉中袁缓慢升温袁在 苑园园益 下保温 猿澡后袁冷却至室温援 在取出的样品中加入适 量的胶黏剂聚乙烯醇渊孕灾粤冤并对其进行充分研磨援 在 源园 酝孕葬 的压强下袁将研磨后的粉体轧制成直径为 缘园 皂皂 的圆形块体援 将块体样品放入真空管式炉中 烧结援 管式炉的升温速度为 缘益 辕 皂蚤灶袁炉温从室温升 至 缘园园益袁保温 圆 澡曰从 缘园园益升至 愿园园益袁保温 猿 澡曰最 后从 愿园园益 升至 员园缘园益袁并保温 远 澡援 此时样品烧结 完毕援 待样品冷却至室温后取出并用细金刚砂布将 表面磨平袁便制成了陶瓷靶材援 圆郾 圆郾 晕葬鄄郧燥 共掺 在灶韵 薄膜的制备 摇摇将尺寸为 员园 皂皂 伊 员园 皂皂 的 杂蚤渊员员员冤衬底放在 基底上袁保持衬底温度为 远园园益袁靶基距为 源郾 缘 糟皂援 为使激光点在靶的不同位置烧蚀袁并使薄膜在衬底 上成膜均匀袁靶和衬底同时以 远 则辕 皂蚤灶 反向旋转援 沉 积薄膜在氧气氛围中进行袁通过调整氧气流量袁使 沉积气压保持为 员郾 园伊员园猿 孕葬援 沉积过程中激光能量 维持 在 员猿园 皂允辕 责怎造泽藻袁 重复频率圆匀扎袁 沉积时间为源园 皂蚤灶援 圆郾 猿郾 样品的表征 摇摇采用 阅愿 粤阅灾粤晕悦耘 型载射线衍射渊载砸阅冤仪检 测了样品的结构特性曰采用 酝云孕鄄猿阅鄄杂粤 型原子力显 微镜渊粤云酝冤对薄膜样品的表面形貌进行了表征曰采 用 云杂怨圆园 型荧光光谱仪袁设定激发波长为 猿圆缘 灶皂袁 测量了样品的室温光致发光渊孕蕴冤谱曰采用 杂月员圆园 型 四探针测试台测量了室温下薄膜的电阻率援 猿郾 结果与分析 猿郾 员郾 靶材和薄膜的结构分析 摇摇由图 员 可以看出袁三种靶材的图谱与 在灶韵 标准 图谱渊允悦孕阅杂 糟葬则凿 猿远鄄员源缘员冤符合较好袁可见我们制备 的靶材为六角纤锌矿结构援 此外样品在各个晶面上 的衍射峰半高宽渊云宰匀酝冤非常小袁说明样品在各个 晶面上结晶非常有序援 在图谱中没有出现 晕葬袁悦燥 的 化合物的衍射峰袁说明 晕葬袁悦燥 成功的掺入到了 在灶韵 结构中袁且 晕葬袁悦燥 的掺入并没有破坏样品的六方晶 格结构援 这就为我们下一步用 孕蕴阅 制膜打下了良好 的实验基础援 图 员摇 三种陶瓷靶材的 载砸阅 谱图圆摇 不同 晕葬鄄悦燥 含量 在灶韵 薄膜的 载砸阅 谱 孕蕴阅 法制备的三种薄膜的 载砸阅 图谱如图 圆所示援 所有薄膜渊园园圆冤 面衍射峰峰位为 猿源郾 源毅左右袁半 高宽非常窄均为 园郾 圆缘毅左右援 说明薄膜为六角纤锌 物理学报摇 粤糟贼葬 孕澡赠泽援 杂蚤灶援 摇 灾燥造援 远园袁 晕燥援 缘 渊圆园员员冤摇 园缘苑员园缘 园缘苑员园缘鄄 猿摇摇摇摇矿结构袁薄膜结晶质量较高援 在图 圆 中除了渊园园圆冤面 以外几乎没有其他衍射峰的存在袁说明样品在 孕蕴阅 制备过程中并没有产生化学反应生成其他相袁薄膜 沿着 糟 轴方向择优生长援 由布拉格方程 圆凿泽蚤灶兹 越 姿袁 凿 为晶面间距曰兹 为衍射角曰姿 为载射线的波长约为 园郾 员缘源 灶皂援 可计算出 粤袁月袁悦 三种薄膜的面间距 凿粤袁 凿月 袁凿悦 分别为 圆郾 缘怨远 灶皂袁圆郾 远园愿 灶皂袁圆郾 缘怨怨 灶皂援 薄膜 的面间距变化是由 晕葬 垣 袁悦燥圆 垣 袁在灶圆 垣 不同的离子半 径渊晕葬 垣跃悦燥圆 垣跃在灶圆 垣 冤咱员愿暂 及掺浓度比例不同造成 的袁也进一步证实了我们认为的 晕葬 垣 袁悦燥圆 垣 完全替 代了 在灶圆 垣 的结论援 图猿中我们按不同离子的半径 渊晕葬 垣越园郾 园怨缘 灶皂袁悦燥圆 垣越园郾 园苑愿 灶皂袁在灶圆 垣越园郾 园苑源 灶皂袁 韵圆 原越园郾 员源 灶皂冤绘制了 在灶园郾 愿园 晕葬园郾 员园 悦燥园郾 员园 韵 薄膜的晶 胞图援 图 源摇 不同 晕葬袁悦燥 含量 在灶韵 薄膜的 粤云酝 图像摇 渊葬冤 晕葬园郾 员园 悦燥园郾 员园 曰渊遭冤 晕葬园郾 园缘 悦燥园郾 员园 曰渊糟冤 晕葬园郾 员园 悦燥园郾 园缘 图 猿摇 在灶园郾 愿园 晕葬园郾 员园 悦燥园郾 员园 韵的圆伊圆伊圆晶胞图 猿郾 圆郾 薄膜的形貌分析 摇摇图源给出了在不同掺杂浓度下样品的三维 粤云酝 扫描形貌图袁扫描面积为 缘 滋皂 伊缘滋皂援 方均根 粗糙度渊则燥燥贼 皂藻葬灶 泽择怎葬则藻袁砸酝杂冤均为 苑郾 愿 左右袁可见 薄膜的表面较平坦援 此外袁从图中还可以看出薄膜 沿糟轴生长较为明显援 这都说明用 孕蕴阅 法制备的掺 杂 在灶韵 薄膜质量较好援 猿郾 猿郾 样品的荧光光谱分析 摇摇纯净 在灶韵 的典型光致发光谱一般为 猿愿园 灶皂 附 近的近边发射峰和 缘园园 灶皂 附近的蓝绿光波段的发 射峰援 在灶韵 薄膜紫外光发射机理是紫外光源于带边 激子的复合咱员怨袁圆园暂 袁已得到了人们的共识袁缘园园 灶皂 附 近的蓝绿光波段的发射机理虽人们看法不一袁但一 致认为与薄膜中的氧空位袁锌空位袁锌填隙等点缺 陷有关咱圆员要圆源暂 援 如图 缘 所示袁不同浓度掺杂的薄膜中 都观察到了较强的紫外发射袁除此之外袁没有观察 到其他的发射袁说明用 孕蕴阅 法引入掺杂离子而制成 的薄膜袁大大减少了氧空位袁锌空位袁锌填隙等点缺 陷援 此外袁我们发现光谱的紫外发射峰逐渐红移袁这 是因为 晕葬 的化合价低于 在灶 的化合价且 晕葬 与韵所形成的离子键键能较小袁为保持电荷平衡薄膜中会 因 晕葬 垣 掺入量的增加而产生较多的间隙氧原子形成 氧填隙渊韵蚤冤曰悦燥圆 垣 替代 在灶圆 垣 产生的局域化的 凿 电子 与能带电子间会产生 泽责鄄凿 交换援 由于氧填隙渊韵蚤冤在 价带顶 园郾 猿 藻灾 和 园郾 源要园郾 怨 藻灾 处形成浅受主能 级咱圆缘暂 袁泽鄄凿 和 责鄄凿 交换作用使导带边和价带边产生 移动袁带隙变窄咱圆远暂 援 因此我们认为红移现象是由于 薄膜的导带向 韵蚤 能级的跃迁以及 泽责鄄凿 导致带隙变 图 缘摇 不同掺杂浓度下样品的室温 孕蕴 谱物理学报摇 粤糟贼葬 孕澡赠泽援 杂蚤灶援 摇 灾燥造援 远园袁 晕燥援 缘 渊圆园员员冤摇 园缘苑员园缘 园缘苑员园缘鄄 源摇摇摇摇窄两方面联合作用的效果援 从不同 晕葬袁悦燥 含量的发 光峰值袁我们得出导带向 韵蚤 的跃迁对紫外发光峰红 移现象的贡献更大援 猿郾 源郾 样品的电阻率分析 摇摇如图 远袁晕葬袁悦燥 掺杂量分别为 员园豫 时袁薄膜的电 阻率最低袁达到了 愿郾 源猿 伊 员园 原员赘窑糟皂曰这是由于 晕葬 垣 掺入量的增加而产生较多的间隙氧原子形成氧填隙 渊韵蚤冤袁原来被氧原子占有的两个电子被弱束缚在空 位周围袁这两个电子容易脱离束缚而在晶体中自由 运动袁成为能在晶格中自由运动的载流子咱圆苑袁圆愿暂 援此外袁晕葬与韵所形成的离子键键能较小袁也使得晕葬 垣图远摇 不同掺杂浓度下样品的电阻率变化图 很容易进入间隙中形成自由载流子援 由不同浓度 晕葬袁悦燥 掺杂电阻率的变化袁我们推断 悦燥 掺杂与 晕葬 掺杂的导电机理相同袁只是由于 悦燥 与韵形成的离 子键的键能高于 晕葬 与韵所形成的离子键的键能袁 而导致等比例掺杂的 在灶员 原曾悦燥曾 韵与在灶员 原曾晕葬曾 韵 薄膜 相比载流子浓度偏低援 源郾 结论通过溶胶凝胶法制备了不同含量的 晕葬袁悦燥 掺 杂的 在灶韵 陶瓷靶材袁并用脉冲激光沉积法成功的制 备了掺杂的 在灶韵 薄膜袁实现了大剂量掺杂援 载砸阅 表 明掺杂并没有改变 在灶韵 的六角晶格结构袁晕葬 垣 袁悦燥圆 垣 完全替代了 在灶圆 垣 曰光致发光谱表明薄膜只在紫外区 有较强发射且紫外发射峰随掺杂量的不同逐渐红 移援 这是 孕蕴阅 制备法使得薄膜内部缺陷的减少袁在灶韵 本身带边激子的复合袁导带向 韵蚤 的跃迁以及 泽责鄄凿 导致带隙变窄多方面联合作用的效果援 电阻率测试 表明了掺杂的薄膜出现了低电阻率的特性袁且在 晕葬鄄悦燥 掺杂量均为 员园豫 时电阻率最低袁达到了 愿郾 源猿 伊 员园 原员赘窑糟皂援 这些都表明了大剂量 晕葬袁悦燥 共掺的 在灶韵 薄膜具有良好的短波发射及导电性能援 薄膜的 这种性能对短波激光器尧紫外发射二极管尧平面显 示器件及太.

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