ZnO薄膜的溶胶凝胶法制备工艺及其性能的研究

氧化锌(ZnO)是一种直接带隙宽禁带(3.37eV)II-VI族化合物半导体材料,具有较大的激子束缚能(60meV ),可以在室温下实现紫外光的受激发射,为短波长发光器件和激光器应用提供了广阔的发展前景。ZnO优异的特性和广泛的应用依赖于高质量,低成本的ZnO薄膜的制备。基于此,本文采用溶胶凝胶法制备出高质量的ZnO薄膜,研究溶剂和热处理过程对于ZnO薄膜结构形貌及其光学性质的影响,并通过对制备ZnO薄膜的变温光致发光规律的分析,揭示了ZnO薄膜的紫外发射和可见光发射的可能发光机制。 第一章,简述了ZnO的基本结构和基本性质,制备ZnO薄膜常用的几种方法,比较了他们之间的优缺点。回顾了近年来国内外ZnO薄膜的应用方面的发展,并提出本论文的工作意义和创新点。 第二章,主要介绍了用于制备ZnO薄膜的溶胶凝胶技术发展历史,基本原理及成膜方法。最后介绍了本论文用到的测试手段及其工作原理。 第三章,讨论了用溶胶凝胶法制备ZnO薄膜的影响因素,并详细分析了在相同工艺条件下,不同溶剂对生长的ZnO薄膜的结构、形貌和光学性质的影响,指出并讨论乙二醇甲醚是生长高质量的ZnO薄膜的合适溶剂,并对其生长机理进行了研究。 第四章,主要讨论用乙二醇甲醚作为溶剂制备ZnO薄膜,采用三步法沉积ZnO薄膜,并分析最后的热处理温度的不同对ZnO薄膜的影响,发现最后的处理温度在650℃附近能得到结构和光学性质优异的ZnO薄膜。 第五章,采用两步法生长ZnO薄膜,在热退火温度相同的情况下,详细研究了预处理温度的不同对ZnO薄膜的结构和光学性质的影响。通过对ZnO薄膜变温光致发光规律的研究,探讨了室温下ZnO薄膜的紫外光发射和可见光发射的可能发光机理。 第六章,总结整个论文工作得到的重要结论,提出今后继续研究这一工作的方向。