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Fe掺杂ZnO薄膜的制备及其激光感生电压效应

作　者: 龚玉
导　师: 张鹏翔
学　校: 昆明理工大学
专　业: 材料物理与化学
关键词: Zn1-xFexO薄膜 电阻温度关系 激光感生电压 稀磁半导体 各向异性Seebeck
分类号: O484.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


ZnO是Ⅱ-Ⅵ族六方纤锌矿结构、典型的宽禁带直接带隙化合物半导体材料,室温下的禁带宽度约为3.4eV。其(002)面具有最低的表面自由能,是晶体具有c轴择优取向特性的主要原因。ZnO透明导电薄膜具有优异的光学、电学性质,在透明导电薄膜,表面声波器件、气体传感器和光电器件等方面有着广泛的应用,它作为一种重要的光电子信息材料得到了广泛的研究。本文采用PLD方法在Al2O3倾斜衬底上生长了Zn1-xFexO薄膜,并对其工艺进行优化。此外,首次在Zn1-xFexO薄膜中发现了激光感生电压(LIV)效应。研究了Fe掺杂浓度、沉积时间和退火氧压对LIV效应的影响。采用固相反应法制备了Fe掺杂的一系列Zn1-xFexO多晶陶瓷作为制备Zn1-xFexO薄膜的靶材,经X射线衍射分析陶瓷靶材均为六方纤锌矿结构。采用脉冲激光沉积法(PLD)在平的A1203单晶衬底上制备了单一c轴取向的Zn1-xFexO薄膜,讨论了Fe掺杂浓度、沉积氧压、退火氧压及衬底温度对Zn1-xFexO薄膜的结晶质量的影响。用XRD来表征并分析了不同Fe掺杂浓度下Zn1-xFexO薄膜的结晶质量,结果表明：所有的Zn1-xFexO薄膜的结晶质量很好；随着Fe原子掺杂浓度的增加(002)面衍射峰的半高宽在0.1at%和3at%处达到最高为0.25°,在1at%和5at%处达到最低为0.17。,此时Znl-xFexO薄膜的结晶质量较好。采用标准四探针法测量了不同制备工艺条件下的Zn1-xFexO薄膜的电阻温度关系,结果表明：一系列不同Fe掺杂量浓度、沉积氧压、退火氧压及衬底温度下制备的Zn1-xFexO薄膜的电阻均呈现半导体的电阻行为。以及不同制备工艺下薄膜的激光感生电压信号,并分析LIV信号的峰值电压Up及响应时间τ,得出了峰值电压最高时的制备工艺,为Zn1-xFexO薄膜在高灵敏度、快响应光、热辐射探测器件中的应用提供了一个依据。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-8
第一章 绪论  8-22
  1.1 ZnO的晶体结构与基本物理性质  9-10
    1.1.1 ZnO的晶体结构  9-10
    1.1.2 ZnO的基本物理性质  10
  1.2 Fe掺杂ZnO薄膜的研究现状  10-11
  1.3 ZnO薄膜的热电性质  11-15
    1.3.1 热电材料的热电效应  12-14
      1.3.1.1 Seebeck效应  12-13
      1.3.1.2 Peltier效应  13
      1.3.1.3 Thomson效应  13-14
    1.3.2 热电材料性能的衡量及其应用  14-15
  1.4 ZnO薄膜的脉冲激光沉积法  15-17
  1.5 ZnO薄膜的应用  17-19
  1.6 论文研究意义及创新点  19-22
第二章 Zn_(1-x)Fex_O多晶及薄膜的制备与表征  22-34
  2.1 实验设备及方法  22
  2.2 Zn_(1-x)Fex_O多晶靶材的制备及其晶体结构的分析  22-25
    2.2.1 Zn_(1-x)Fex_O多晶靶材的制备  22-23
    2.2.2 结果与分析  23-25
  2.3 Zn_(1-x)Fex_O薄膜的制备及其晶体结构的分析  25-32
    2.3.1 Zn_(1-x)Fex_O薄膜的制备  25-26
    2.3.2 结果与分析  26-32
      2.3.2.1 掺杂浓度对薄膜结构性质的影响  26-28
      2.3.2.2 衬底温度对薄膜结构性质的影响  28-30
      2.3.2.3 沉积氧压对薄膜结构性质的影响  30-31
      2.3.2.4 退火氧压对薄膜结构性质的影响  31-32
  2.4 本章小结  32-34
第三章 Zn_(1-x)Fex_O电学性能的研究  34-44
  3.1 测量装置及原理  34-35
  3.2 结果与分析  35-42
    3.2.1 Zn_(1-x)Fex_O多晶靶材电学性能的影响  35-36
    3.2.2 Zn_(1-x)Fex_O薄膜电学性能的研究  36-42
      3.2.2.1 沉积氧压对薄膜电学性能的影响  36-38
      3.2.2.2 退火氧压对薄膜电学性能的影响  38-40
      3.2.2.3 衬底温度对薄膜电学性能的影响  40-42
  3.3 本章小结  42-44
第四章 Zn_(1-x)Fex_O激光感生电压(LIV)效应  44-60
  4.1 激光感生电压(LIV)效应的发展史  44-46
  4.2 激光感生电压(LIV)效应的测量装置及原理  46-51
    4.2.1 激光感生电压(LIV)效应的测量装置  46-47
    4.2.2 激光感生电压(LIV)效应原理  47-51
  4.3 激光感生电压(LIV)的应用  51-52
  4.4 结果与分析  52-59
    4.4.1 掺杂浓度对激光感生电压(LIV)效应的影响  53-55
    4.4.2 沉积时间对激光感生电压(LIV)效应的影响  55-56
    4.4.3 退火氧压对激光感生电压(LIV)效应的影响  56-59
  4.5 本章小结  59-60
第五章 结论  60-62
致谢  62-64
参考文献  64-69
附录: 攻读硕士期间取得的研究成果  69

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中图分类: > 数理科学和化学 > 物理学 > 固体物理学 > 薄膜物理学 > 薄膜的生长、结构和外延
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