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Zn1-xCoxO和Ti1-xHoxO2薄膜的制备及光学性能研究

作　者: 杨健
导　师: 徐送宁
学　校: 沈阳理工大学
专　业: 物理电子学
关键词: 脉冲激光沉积(PLD) ZnO薄膜 TiO2薄膜 掺杂 光谱分析
分类号: O484.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


本文采用脉冲激光沉积（PLD）技术,以308nm的XeCl准分子激光作为激发源,以单晶S（i001）为基片,在氧的活性气氛中通过激光烧蚀Zn1-xCoxO和Ti1-xHoxO2复合靶材,制备了Zn1-xCoxO和Ti1-xHoxO2薄膜。主要内容分为三部分。一、本文采用正交优化设计方法对XeCl准分子激光器泵浦电路和气体参数进行优化设计,用理论模拟得到的最佳参数进行了实验调试,获得了输出脉宽为20ns,输出能量为200mJ和单脉冲功率为13MW的激光光束。二、在氧气压力为30Pa下制备了ZnO、n（Co）:（ZnO）=0.4at%和n（Co）:（ZnO）=0.8at%薄膜,对不同浓度掺杂ZnO薄膜的表面形貌、晶体结构和光学性质进行了研究。SEM和XRD测试结果显示薄膜结晶度良好,生成的晶体均为单晶结构,具有高度的C轴择优取向;在光致发光和紫外吸收光谱研究中,发现了398nm的紫外发光峰,420nm和468nm的蓝光发射峰,530nm的绿光发光峰,研究认为Co以替位形式存在薄膜中,增加了锌缺陷浓度,使蓝光和绿光发射峰增强并且出现了红移,同时Co的掺入可以有效的控制薄膜的禁带宽度,从而控制薄膜紫外发光和吸收。三、在氧气压力为5Pa下制备了TiO2、n（Ho）:（TiO2）=0.5at%和n（Ho）:（TiO2）=1.0at%薄膜,对不同浓度掺杂TiO2薄膜的表面形貌、晶体结构和光学性质进行了研究。XRD和SEM测试结果显示生成的晶体均为单晶结构,但是表面形貌不是太好;PL光谱显示,当掺入量为1.0at%时薄膜出现了483nm和492nm两个新发光峰,这是由于Ho掺入使TiO2产生了两条杂质能带,其上的电子受激跃迁而发光。综上所述,金属离子掺杂改变了薄膜的晶体结构和光学性能,为进一步用金属离子掺杂来改性薄膜的物理和化学性质等的研究工作提供了一些参考数据。

全文目录


摘要  6-7
Abstract  7-12
第1章 绪论  12-39
  1.1 半导体薄膜材料概述  12-16
    1.1.1 引言  12
    1.1.2 半导体薄膜材料的性质  12-14
    1.1.3 半导体薄膜材料的光电性质  14-16
  1.2 ZnO 基薄膜材料  16-23
    1.2.1 ZnO 基的晶体结构  16-17
    1.2.2 ZnO 的基本性质  17-21
    1.2.3 ZnO 薄膜的应用  21-23
    1.2.4 ZnO 薄膜研究存在的问题  23
  1.3 Ti0_2 基薄膜材料  23-31
    1.3.1 Ti0_2 的晶体结构  23-25
    1.3.2 Ti0_2 的基本性质  25-27
    1.3.3 Ti0_2 薄膜的应用  27-30
    1.3.4 Ti0_2 薄膜研究存在的问题  30-31
  1.4 金属离子的掺杂  31-32
  1.5 薄膜的制备方法  32-37
    1.5.1 磁控溅射  32-33
    1.5.2 喷雾热分解  33
    1.5.3 分子束外延  33
    1.5.4 化学气相沉积  33-34
    1.5.5 脉冲激光沉积  34-37
  1.6 本文研究内容  37-39
第2章 XeCl 准分子激光器的优化设计和调试  39-56
  2.1 准分子激光器  39-40
  2.2 准分子激光的特点  40-41
  2.3 XeCl 准分子激光器的工作原理  41-44
    2.3.1 XeCl 准分子的产生  41-42
    2.3.2 激励电路的放电  42-43
    2.3.3 能级跃迁产生激光  43-44
  2.4 XeCl 准分子激光器的优化设计  44-50
    2.4.1 电路参数选择  44-46
    2.4.2 气体参数的选择  46-47
    2.4.3 正交优化实验和模拟结果  47-50
  2.5 XeCl 准分子激光的调试  50-56
    2.5.1 XeCl 准分子激光的光路调试  51-52
    2.5.2 XeCl 准分子激光器的气路调试  52-54
    2.5.3 XeCl 准分子激光器的电路调试  54
    2.5.4 实验结果  54-56
第3章 Co 掺杂ZnO 薄膜的制备及表征  56-66
  3.1 制备Co 掺杂ZnO 基薄膜的实验材料及预处理  56-57
    3.1.1 实验材料  56-57
    3.1.2 实验材料的预处理  57
  3.2 实验设备  57-58
  3.3 薄膜的制备  58-59
    3.3.1 薄膜的制备方法  58
    3.3.2 薄膜的制备方案  58-59
  3.4 Zn_(1 x)Co_xO 薄膜的表征  59-65
    3.4.1 X 射线衍射（XRD）  59-62
    3.4.2 扫描电子显微镜（SEM）  62-63
    3.4.3 光学特性  63-65
  3.5 小结  65-66
第4章 Ho 掺杂的Ti0_2 薄膜的制备及表征  66-74
  4.1 制备Ho 掺杂Ti0_2 基薄膜的实验材料及预处理  66-67
    4.1.1 实验材料  66
    4.1.2 实验材料的预处理  66-67
  4.2 实验设备  67-68
  4.3 薄膜的制备  68-69
    4.3.1 薄膜的制备方法  68
    4.3.2 薄膜的制备方案  68-69
  4.4 Ti_(1-x)Ho_xO 薄膜的表征  69-73
    4.4.1 X 射线衍射(XRD  69-71
    4.4.2 扫描电子显微镜(SEM  71
    4.4.3 光致发光(PL)光谱  71-73
  4.5 小结  73-74
结论  74-75
参考文献  75-84
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果  84-85
致谢  85-86

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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 > 薄膜的性质 > 光学性质
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