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等离子体辅助电子束蒸发金属Zn制备纳米ZnO薄膜机构和光学性质的研究

路丽霞  
【摘要】:ZnO是一种具有压电和光电特性的六方纤锌矿结构的直接带隙宽禁带半导体材料,室温下其禁带宽度为3.3 eV,激子束缚能高达60 meV,保证了其在室温下较强的激子发光,因此, ZnO在紫外光电器件方面有巨大的应用潜力。自1997年首次发现ZnO室温紫外受激发射以来,ZnO研究已成为紫外发射材料研究的又一热点。 近年来,ZnO薄膜的制备有许多先进的沉积和生长技术,如分子束外延(MBE)、磁控溅射、电子束蒸发、金属有机化学气相沉积(MOCVD)、电化学、高温裂解、激光脉冲沉积(PLD)等方法。但是,由于氧气的键能非常大(5.16eV),在沉积ZnO时,不能提供充足的活性氧源,易形成大量的氧空位,所以,如果不用氧等离子体辅助,用上述方法很难在低温下生长具有化学配比的ZnO纳米薄膜。 本论文介绍了用氧等离子体辅助电子束蒸发金属Zn后低温(300-500℃)退火的方法来制备结构和发光性能良好的ZnO纳米薄膜。直接沉积的薄膜具有用ZnO/Zn核壳结构,存在界面,通过X射线衍射谱(XRD)、拉蔓谱、X射线光电子能谱(XPS)以及光致发光谱(PL)分析了界面对样品的结构和发光性质的影响,同时分析了ZnO紫外发光的来源。 实验结果表明,用氧等离子体辅助电子束蒸发金属Zn后退火的方法确实可以在400℃的低退火温度下生长出结构和光学性质良好的ZnO纳米薄膜。


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