金离子注入氧化锌薄膜引起的改性研究

论文摘要

通过磁控贱射法在玻璃基底上制备了厚度约为300 nm的氧化锌薄膜,室温下采用80 keVAu离子对该薄膜进行注入,注入剂量为2×1015/cm2。制备态及注入ZnO样品随后在氮气气氛下进行退火1小时,退火温度范围为100到700 oC。借助于X射线衍射谱仪、X射线光电子能谱仪、紫外-可见-近红外分光光度计、荧光分光光度计和原子力显微镜等多种测试分析手段研究了ZnO薄膜的结构、表面形貌、化学成分和光学性质。研究结果表明:对于制备态的ZnO薄膜,高温退火会使得薄膜的结构得到了明显的改善。具体表现在:晶粒长大和光学透射率明显增加,同时光致发光强度也随着退火温度的增加而显著增加。金离子注入会导致ZnO薄膜的表面结构受损和光学性能的恶化。随后退火至300 oC,使得薄膜的结构得到了明显的恢复,且光学性能得到了明显的改善。具体表现在:X射线衍射主峰（002）、（103）随着退火明显增强,光学透射率明显增加,光致发光强度也随着退火温度的增加而显著增加。进一步退火到600 oC,X射线衍射主峰（002）、（103）和光致发光强度虽然随着退火明显增强,但是光学透射率却在下降。退火至700 oC透过率大幅上升。PL测试结果显示在所有未注入的样品中均出现了2.38、2.65、2.75和3.0 eV四个可见发光带,而对应于本征的紫外发光带没有观测到。3.0 eV跟锌间隙子有关,2.65 eV归结于电子从离子化的氧空位能级跃迁到价带产生的发光,而2.75 eV处的蓝光源于氧空位浅施主能级上的电子到价带上的跃迁。2.38 eV绿光发射源于氧空位引起的绿光发射。金离子注入使ZnO薄膜的光学带隙增大。随退火温度升高,Au离子注入的ZnO薄膜的光学带隙变大,同时使绿光发光增强,并出现紫外发光。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 引言
• 1.1 氧化锌薄膜的结构
• 1.2 氧化锌薄膜的光学性质
• 1.3 氧化锌薄膜的主要研究方向
• 1.4 离子注入氧化锌薄膜的研究概况
• 1.5 本论文的选题意义和主要工作
• 第二章 实验方法
• 2.1 氧化锌薄膜的制备
• 2.2 离子注入
• 2.2.1 离子注入原理
• 2.2.2 TRIM和SRIM程序
• 2.3 热处理
• 2.4 测试方法及原理
• 2.4.1 X射线衍射仪（XRD）
• 2.4.2 荧光分光光度计（PL）
• 2.4.3 紫外－可见分光光度计（UV-Vis）
• 2.4.4 原子力显微镜（AFM）
• 2.4.5 X射线光电子能谱（XPS）
• 第三章 氧化锌薄膜的结构和光学性质研究
• 3.1 氧化锌薄膜的结构分析
• 3.2 氧化锌薄膜的吸收和透射光谱研究
• 3.3 氧化锌薄膜的光致发光研究
• 3.4 本章小结
• 第四章 金离子注入的氧化锌薄膜结构、表面形貌和光学性质研究
• 4.1 金离子注入的氧化锌薄膜结构分析
• 4.2 金离子注入的氧化锌薄膜XPS分析
• 4.3 金离子注入的氧化锌薄膜AFM分析
• 4.4 金离子注入的氧化锌薄膜吸收和透射光谱分析
• 4.5 金离子注入的氧化锌薄膜光致发光研究
• 4.6 本章小结
• 第五章 结论
• 参考文献
• 攻读硕士期间发表的学术论文
• 致谢