收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

ZnCdO合金薄膜及其异质结构的制备和光学性能的研究

马一丹  
【摘要】:ZnO是直接跃迁宽带隙Ⅱ-Ⅵ族半导体材料,室温下禁带宽3.37e V,激子束缚能高达60me V,是制备发光二极管和半导体激光器的理想材料。通过能带工程可以实现对Zn O的能带调节,将与Zn O晶格匹配的合金材料应用到Zn O基超晶格或量子阱结构中,可有效提高Zn O基光电器件的性能。一般掺入适量的Cd元素所制备的Zn Cd O合金薄膜可以使Zn O的带隙宽度变窄,从而实现Zn O的带边发光由紫外光至蓝光甚至绿光波段范围内可调。然而,由于Cd2+和Zn2+离子半径的不匹配,要在不分相的前提下使得Zn O晶格中的Cd掺杂量最大化是问题的关键所在,而这与靶材的组成、制备方法、实验条件等诸多因素有关。本文主要针对优化制备ZnCdO薄膜材料的生长工艺进行了系统的研究,旨在为后期制备Zn O/Zn Cd O异质结构打下实验基础和提供理论依据。主要内容如下:(1)采用脉冲激光沉积法(PLD),选用靶材ZnO/Cd O(Zn O:Cd O=4:1at%)和c-Al2O3衬底,在不同衬底温度(200-600℃)、氧气压强(0.2-8Pa)、基靶间距(50-70mm)的条件下制备了一系列的Zn Cd O薄膜,利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、光致发光等测试方法,研究分析了这些生长条件的改变对Zn Cd O薄膜的晶体结构、表面形貌及光学性能的影响,以优化制备Zn Cd O薄膜的工艺参数。结果显示:在衬底温度300℃、氧气压强1Pa和基靶间距60mm的生长条件下,可以得到结晶质量较好、发光性能优异的Zn Cd O合金薄膜。(2)开展氧气压强对所制备的ZnCdO薄膜的结构及发光性能影响的研究,通过变温光致发光、X射线能谱(EDS)、X射线光电子能谱(XPS)及拉曼光谱测试来进一步综合分析Zn Cd O薄膜的内在发光机制。结果表明随着氧气压强的增加,室温PL光谱显示发光峰位出现红移,同时半高宽展宽。这被认为随着氧压的增加薄膜中的Cd含量逐渐增大所造成的,EDS、XPS和拉曼光谱测试结果进一步支持了这一结论。通过变温PL光谱测试了发光峰积分强度及峰位随温度变化的依存性,研究了不同氧压下制备的Zn Cd O薄膜发光机理,由于Cd原子组份波动会形成不同的等电子陷阱中心,导致激子局域在这些由Cd原子形成的中心上产生辐射复合。当氧压0.6P时,薄膜中Cd含量较低,激子主要束缚到孤立Cd原子上(X/Cd);随着氧压的增加,制备薄膜中的Cd含量增大,光谱中束缚到多个孤立Cd原子上(X/Cdn,n≥2)的激子发射是主要的;当氧压达到8Pa时,等电子陷阱中心主要以Cd团簇形态存在,光谱中观测到可分辨的谱带来自激子局域到不同类型的Cd团簇上(X/Cd cluster),由于团簇之间存在强烈的相互作用,产生了光谱的非均匀展宽。(3)开展了ZnO/ZnCdO异质结构制备及性能表征的研究。与单层结构相比,异质结构材料的表面形貌、结晶性和光学性能发生了明显的变化,特别是界面的影响会导致合金薄膜材料Cd的含量显著降低。开展了高温Zn O缓冲层对异质结构界面影响的研究,结果表明引入高温Zn O缓冲层可以改善Zn Cd O合金薄膜的表面平整度和提高合金组份,有利于实现高质量的异质结构和高效的发光器件。在此基础上制备了Zn Cd O层厚度不同的Zn O/Zn Cd O/Zn O双异质结构,PL光谱显示在Zn Cd O层较厚时可以清楚看到来自Zn O盖层和Zn Cd O层的发光,随着Zn Cd O层厚度的变薄,Zn O近带边发光峰逐渐减弱,Zn Cd O层的发光峰出现蓝移,最后只能观测到一个发光峰。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 ;使用在线基本参数法对多层合金薄膜样品的成分和膜厚同时定量分析已成为现实[J];冶金标准化与质量;2005年02期
2 张克华;文东辉;陶黎;袁巨龙;;合金薄膜铜衬底抛光质量对薄膜表面结构的影响[J];金刚石与磨料磨具工程;2007年05期
3 ;日开发调光镜玻璃用镁镍系合金薄膜[J];真空电子技术;2009年03期
4 初真林,郭永廉;用高频火花和运动电极法光谱测定铝合金薄膜中镁[J];光谱学与光谱分析;1986年06期
5 程建邦,李传芳,谢荣厚;用能量色散X射线荧光光谱法非破坏测定合金薄膜的组份[J];光谱学与光谱分析;1987年02期
6 程建邦,李传芳,谢荣厚;用能量色散X射线荧光光谱仪非破坏测定钐钴合金薄膜的组份[J];光谱学与光谱分析;1985年06期
7 ;透氢合金膜的开发[J];金属功能材料;2006年01期
8 方方;张晶;朱健;郑时有;陈国荣;孙大林;;氢致过渡族金属及合金薄膜的光电性能变化[J];真空科学与技术学报;2007年06期
9 戴国才;宋学文;陈友鹏;马洪磊;余亦顺;郭清长;;氟系非晶态硅材料的研究[J];贵金属;1981年04期
10 沈中良;张曙东;杨辉;吴刚;姚费杰;杨立功;;真空电镀制备非连续合金薄膜及其在电磁屏蔽中的应用[J];材料科学与工程学报;2011年02期
11 王东林 ,李世琳 ,唐宝琪 ,时韵成 ,潘云昆 ,李大超;“919”铝合金薄膜显微组织的电子显微镜观察[J];舰船科学技术;1982年10期
12 刘天成;卢志超;李德仁;孙克;周少雄;卢燕平;;电沉积铁镍纳米合金薄膜的结构和性能研究[J];功能材料;2007年01期
13 朱从容;吕冰海;邓乾发;任尹飞;;非晶态合金薄膜铜衬底超精密抛光的实验研究[J];金刚石与磨料磨具工程;2011年01期
14 颜心良;王江涌;;二元合金薄膜的表面偏析[J];真空;2012年04期
15 林璇英;林揆训;余云鹏;曾旭;陈家宜;王洪;吴萍;;高速沉积非晶硅氢合金薄膜的研究[J];功能材料;1992年05期
16 李帅辉;舒勇华;樊菁;;电子束物理气相沉积钇钛合金薄膜的组分和厚度分布[J];中国科学(E辑:技术科学);2008年07期
17 王锋,李俊,李国俊,吴卫东,唐永健,孙卫国;PLD方法制备的纳米Fe/Al薄膜的结构及应力分析[J];强激光与粒子束;2005年09期
18 施立群,周筑颖,赵国庆;Ti-Mo合金薄膜的储氢特性和抗氢脆能力[J];金属学报;2000年05期
19 张扬伟,王富岗,李德俊,王秀兰,林国强;分离靶多弧离子Nb-Al/Mo-Al合金薄膜及其腐蚀行为研究[J];真空;2001年01期
20 周巧英;葛洪良;卫国英;吴琼;;电沉积Co-W合金薄膜的性能研究(英文)[J];稀有金属材料与工程;2008年S2期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 张轩雄;陈垚;陈英;任宗欣;陆德仁;杨根庆;王渭源;;电镀镍及铁镍合金薄膜的热膨胀研究[A];第三届中国功能材料及其应用学术会议论文集[C];1998年
2 方昭训;郑文凯;赖思宇;戴明鳳;;共濺鍍沉積製備鈷-鈦-氧顆粒合金薄膜磁阻特性探討[A];中国颗粒学会超微颗粒专业委员会第四届学术年会暨海峡两岸纳米颗粒学术研讨会论文摘要集[C];2005年
3 黎大兵;董逊;黄劲松;刘祥林;徐仲英;王晓晖;王占国;;铟铝镓氮四元合金薄膜的生长和性能研究[A];2002年材料科学与工程新进展(下)——2002年中国材料研讨会论文集[C];2002年
4 李帅辉;舒勇华;樊菁;;电子束物理气相沉积钇钛合金薄膜的组分和厚度分布[A];第八届全国真空冶金与表面工程学术会议论文摘要集[C];2007年
5 李帅辉;舒勇华;樊菁;;电子束物理气相沉积钇钛合金薄膜的组分和厚度分布(英文)[A];真空冶金与表面工程——第八届真空冶金与表面工程学术会议论文集[C];2007年
6 程轲;蒙健;王晓云;吴仰晴;黄玉茜;杜祖亮;;一步电沉积法制备Cu_2ZnSnS_4薄膜[A];中国化学会第29届学术年会摘要集——第37分会:能源纳米科学与技术[C];2014年
7 方昭訓;王梓育;戴明鳳;;Cu(CoN)与CoN颗粒薄膜应用於铜制程之特性[A];中国颗粒学会超微颗粒专委会2013年年会暨第八届海峡两岸超微颗粒学术研讨会论文集[C];2013年
8 叶志镇;朱丽萍;黄靖云;张银珠;;ZnO合金薄膜材料及其研究进展[A];TFC’03全国薄膜技术学术研讨会论文摘要集[C];2003年
9 李高仁;黄开胜;童叶翔;刘冠昆;;在有机溶剂中Eu-Co-Ni合金薄膜的电化学制备[A];2004年全国冶金物理化学学术会议专辑[C];2004年
10 方昭训;郑文凯;赖思宇;陈锦山;;Co-Ti-O奈米颗粒合金薄膜的磁阻特性[A];中国颗粒学会2006年年会暨海峡两岸颗粒技术研讨会论文集[C];2006年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 王新建;溅射铜和铜合金薄膜的微观结构与性能[D];上海交通大学;2009年
2 周健;PtCoNi合金薄膜的结构、磁性和磁光特性研究[D];中国科学院上海冶金研究所;2000年
3 章磊;微机电系统中磁控溅射Ti-Ni合金薄膜的基础研究[D];上海交通大学;2007年
4 石俊;Ni-Ti基合金薄膜相变行为及其力学特性研究[D];南京大学;2015年
5 方方;氢与储氢材料的相互作用[D];复旦大学;2009年
6 刘超;磁控溅射Ni-Mn-Ga合金薄膜的相变行为与性能[D];哈尔滨工业大学;2008年
7 冯兴国;Zr-Ta-Nb-Ti-W-N多主元薄膜组织结构与性能研究[D];哈尔滨工业大学;2013年
8 张银珠;脉冲激光沉积法生长ZnMgO合金薄膜和Li-N共掺p型ZnO薄膜及紫外探测器的研制[D];浙江大学;2006年
9 张宏海;P-MBE法生长ZnMgO合金薄膜及其异质结构的性能研究[D];浙江大学;2014年
10 刘繄;基于钯基合金薄膜的光纤氢气传感器建模分析与实验研究[D];华中科技大学;2013年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 黄巧萍;纳米级铜锌合金薄膜的研制及其基础研究[D];中南大学;2004年
2 贾韦;稀土铈介入化学沉积钴—镍—磷合金薄膜的研究[D];合肥工业大学;2007年
3 赵凡;多组元合金薄膜的制备及性能研究[D];大连理工大学;2014年
4 戴俊;电化学沉积合成锡基合金薄膜及其作为锂离子电池负极材料的研究[D];合肥工业大学;2009年
5 孟红梅;蒸镀、磁控溅射铝和铝合金薄膜的组织与性能[D];天津大学;2007年
6 杨祎;L1_0型(超晶格结构)Co-Pt合金超高密度磁性记录薄膜的电化学制备及其性能研究[D];北京化工大学;2009年
7 吴克跃;硅锗薄膜上低维结构及PL光谱研究[D];贵州大学;2008年
8 王二立;氟硼酸盐体系电沉积铁镍合金薄膜[D];湖南大学;2008年
9 袁慧敏;掺杂对FeZrB合金薄膜巨磁阻抗效应的影响[D];山东大学;2006年
10 李鹏;锂离子电池锡基合金薄膜负极的电化学制备及其性能研究[D];湘潭大学;2014年
中国重要报纸全文数据库 前1条
1 ;日开发调光镜玻璃用镁镍系合金薄膜[N];中国有色金属报;2003年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978