论文摘要
ZnO作为宽禁带半导体材料的代表,具有非常优异的光电特性,一直以来都是材料研究领域的热点。尤其近年来对纳米结构ZnO材料的初步研究,发现其表现出许多优于块材和膜材的性能,因此更是成为关注的焦点所在。另外,随着科技的发展和人民生活水平的提高,关于紫外光的探测和在各个领域中的应用也越来越受到世界范围内的关注,同时以ZnO为代表的宽禁带半导体材料在该领域表现出巨大的研究潜力。因此本文在以往研究的基础上提出:在AZO透明导电晶种薄膜上生长ZnO纳米阵列,之后对纳米阵列的紫外光电导特性进行研究。具体内容包括以下三部分:首先,运用射频磁控溅射法于高纯度石英基底上制备AZO透明导电膜以作为晶种层。为了得到表面形貌良好、结晶度高,同时具有低电阻率和高透过率的薄膜,课题对溅射时间、溅射功率、基底温度以及工作气压等工艺参数的影响进行了系统研究。结果发现各个工艺参数对膜材性能的影响十分明显,并最终确定在基底温度300o、溅射时间2小时、工作气压0.5Pa,并且溅射功率为150W条件下薄膜结晶良好,可见光平均透过率达到90%以上,方阻值可达到50?/□,完全可以满足实验要求,有助于ZnO纳米阵列的外延生长。之后,采用低温水溶液化学法在AZO晶种层上进行ZnO纳米阵列的制备。为了得到分布均匀、结晶度高,并且垂直于衬底生长的ZnO纳米阵列,实验中对生长液浓度、生长时间以及制备温度等实验参数在一定范围内进行调整研究。表征结果显示,在Zn（CH3COO）2和（CH2）6N4混合溶液浓度为0.05mol/L、生长温度90℃、水浴生长时间4小时条件下,ZnO纳米阵列实现了垂直于衬底的高度取向生长。此时,纳米线直径尺寸合适、分布均匀、结晶良好。对其光电性能测试发现,纳米阵列I-V曲线的线性特征明显,同时具有很好的透过率。最后在以上研究的基础上,就材料的紫外光电导特性进行系统研究。关于纳米阵列紫外特性的研究过程是基于电极/纳米阵列/AZO的三层垂直测试结构。研究结果表明,纳米阵列的形貌差异、晶种差异,以及高温退火处理都会对其紫外光电导性能产生显著的影响。最终研究结果显示,在AZO晶种上垂直于衬底生长的纳米阵列,在400℃退火处理后表现出优异的紫外响应特性。另外在AZO薄膜的制备过程中发现,高氧氩比环境下得到的薄膜表现出高阻特性和紫外响应性能。对其进行退火处理,研究不同退火温度下薄膜的紫外响应特性差异。结果显示,在600℃退火处理之后,薄膜的紫外响应度较高并且响应较为迅速。