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Zn1-xCuxO薄膜的结构和光学性质 报 告 人：王晓飞 指导老师：吴雪梅、诸葛兰剑 背景： 氧化锌作为一种新型的半导体材料以其优良的特性越来越吸引科研人员的关注，其优良性能使它在光电器件领域具有广泛的应用前景。 已有许多作者研究了在多种基片上生长不同掺杂金属的ZnO薄膜的光学性质，但关于Cu掺杂ZnO薄膜的光学性质的报道却很少。 内容： 1. Zn1-xCuxO薄膜的制备 2. Zn1-xCuxO薄膜的结构性质 3. Zn1-xCuxO薄膜的光学透射谱 4. 结论 5. 下一步工作 2. Zn1-xCuxO薄膜的结构性质 （1）. 薄膜的XRD图谱 （2）. (002)衍射峰的峰位和FWHM随Cu掺杂量变化关系曲线 （3）. 样品的SEM照片 3. Zn1-xCuxO薄膜的光学透射谱 （1）. 样品的光学透射谱 （2）. 样品的能隙宽度随掺杂量的变化 表1. Cu掺杂量和禁带宽度之间的关系 4.结论 （1）. 在室温下，采用射频磁控溅射法在Si （111）和 石英基底上成功的制备了 Zn1-xCuxO薄膜。 （2）. 随着Cu含量的增加薄膜的结晶质量有所 下降，薄膜的颗粒尺寸也随着变小。 （3）. 通过对样品的透射谱分析，发现样品的 带隙随着薄膜中Cu含量的增加而减 小。 5. 下一步工作 （1）.改变制备参数以期制备出更好的 Zn1-xCuxO薄膜。 （2）.进一步探讨Zn1-xCuxO薄膜随Cu参杂 量增加带宽变窄的原因。 （3）.在现有工作的基础上着手研究 Zn1-xCuxO薄膜的Hall效应和磁学特 性。 * * 1. Zn1-xCuxO薄膜的制备 采用射频磁控溅射法在Si和石英基底上分别制备了Zn1-xCuxO薄膜。 (1). 基片的清洗 采用传统的半导体RCA方法。 (2). 薄膜的制备参数 30 镀膜时间(min) 150 溅射功率 (W) 20 沉积温度 (℃) 20 Ar流量(sccm) 2.0 沉积气压(Pa) 6.0×10-4 本底真空(Pa) 图1. 不同Cu掺杂浓度的Zn1-xCuxO薄膜的X射线衍射图 （a：x=0； b：x=0.038；c：x=0.073；d：x=0.145；e：x=0.321） 图2 (002)衍射峰的峰位和FWHM随Cu掺杂量变化关系曲线 曲线a、曲线b分别为(002)衍射峰的峰位和FWHM 图3 Zn1-xCuxO薄膜SEM表面形貌图 （a. x=0; b. x=0.038; c. x=0.073; d. x=0.145） 图4 .不同Cu掺杂浓度的Zn1-xCuxO薄膜的透射图 图5 .不同Cu掺杂浓度的Zn1-xCuxO薄膜的 和 曲线 （a：x=0； b：x=0.038；c：x=0.073；d：x=0.145） 表1. Cu掺杂量和禁带宽度之间的关系 3.31 3.34 3.37 3.39 禁带宽度 0.145 0.073 0.038 0 参杂量 d c b a 样 品 这种过渡金属掺杂Ⅱ-Ⅵ族半导体导致其光学带隙出现红移现象一般认为是在取代了阳离子后过渡金属的局域化d电子与半导体带边电子发生了sp-d自旋交换作用。 *