徐井華， 劉成有

(1.通化師范學院 物理系，吉林 通化 134002；2.吉林師范大學 物理學院，吉林 四平 136000)

1 引言

ZnO是一種具有六角纖鋅礦結(jié)構(gòu)的寬禁帶半導體材料，室溫下禁帶寬度約為3.37ev，激子束縛能高達60mev，具有優(yōu)異的光電性能.在ZnO中摻雜不同的金屬原子或離子，能夠改變ZnO的結(jié)構(gòu)和帶隙寬度，使摻雜ZnO具有不同于本征ZnO的新特性.稀土摻雜ZnO是近年來研究的熱點[1，2，3]，但利用凝膠溶膠[4]法進行稀土摻雜的還不是很多，本實驗采用凝膠溶膠法在Si片(P型100方向)和普通載玻片上生長了不同濃度的La摻雜納米ZnO薄膜，研究了不同濃度La摻雜對ZnO薄膜的結(jié)構(gòu)、紫外透射、表面形貌、室溫光致發(fā)光等的影響.

2 實驗

根據(jù)摩爾比用電子天平稱量(CH3COO)2Zn·2H2O和La(NO3)3·6H2O溶于乙二醇中，再加入與金屬離子等摩爾的單乙醇胺，置于反應釜中于60℃條件下攪拌1h，形成無色透明均質(zhì)溶膠，陳化72h后均勻涂膜，然后將樣品分別置于箱式電阻爐中退火，普通玻璃襯底和Si襯底退火溫度分別為550℃、900℃，退火時間1h，隨爐冷卻至室溫，得到摻雜濃度為1%，2%，3%的La摻雜ZnO薄膜.

3 結(jié)果與討論

3.1 摻雜濃度對樣品結(jié)構(gòu)的影響

圖1是不同摻雜濃度樣品900℃下退火的XRD圖譜，由XRD圖譜可以看到，La摻雜ZnO薄膜沒有明顯的擇優(yōu)取向，仍為多晶的六角纖鋅礦結(jié)構(gòu)，這與文軍[5]制備的La、Nd稀土摻雜的ZnO薄膜不同，可能與不同的制備方法和實驗條件有關(guān).從圖譜中還可以看到隨著摻雜濃度的提高XRD圖譜中各衍射峰明顯向大角方向移動，說明La摻雜ZnO薄膜的C軸變短[5].

圖1 不同摻雜濃度樣品900℃下退火XRD圖譜

3.2 摻雜濃度對樣品帶隙寬度的影響

(a)波長和透射率關(guān)系圖

(b)能量和透射率關(guān)系圖

圖2是以載玻片為襯底的各摻雜濃度樣品550℃下退火的室溫透射光譜.從圖2(a)中可以看到，在波長為380nm的紫外波段附近透射率急劇下降，存在明顯的紫外吸收邊，且隨著摻雜濃度的提高透射邊出現(xiàn)明顯的藍移，這表明稀土La的摻雜使ZnO帶隙寬度增大.圖2(b)給出了La摻雜ZnO薄膜的具體帶隙寬度值，1%樣品帶隙寬度為3.32eV，2%的為3.36eV，3%的為3.40eV，可見La摻雜ZnO薄膜較好的調(diào)節(jié)了ZnO薄膜的帶隙寬度.

3.3 摻雜濃度對樣品表面的影響

圖a AFM形貌平面圖

圖b AFM形貌立體圖

圖3是不同摻雜濃度樣品900℃下退火AFM形貌平面圖和立體圖，掃描范圍為2000nm.如圖所示，不同濃度La摻雜ZnO薄膜樣品表面均呈現(xiàn)為顆粒狀，且顆粒生長比較均勻，這與選用Si襯底和較高的退火溫度有很大的關(guān)系.

3.4 摻雜濃度對樣品發(fā)光特性的影響

圖4是La摻雜ZnO薄膜900℃下退火的光致發(fā)光光譜.從圖中可以看出不同濃度的La摻雜ZnO薄膜都具有較好的發(fā)光特性，且隨著摻雜濃度的提高，紫外發(fā)光峰向短波方向移動，這與透射光譜觀察到的現(xiàn)象相吻合.

圖4 不同摻雜濃度樣品900℃下光致發(fā)光光譜

4 結(jié)論

用凝膠溶膠法制備了不同濃度的La摻雜ZnO薄膜，通過XRD、UVS、AFM、PL圖譜分析表明：不同濃度的La摻雜ZnO薄膜具有六角纖鋅礦結(jié)構(gòu)，薄膜表面比較平整，顆粒均勻，紫外發(fā)光峰隨著摻雜濃度的提高明顯增強并向短波方向移動.

參考文獻：

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