掺杂Ag的ZnO薄膜的紫外辐射增强.docVIP

大 连 理 工 大 学 本 科 外 文 翻 译 掺杂Ag的ZnO薄膜的紫外发光增强 Enhancement of ultraviolet emissions from ZnO films by Ag doping? 学 院（系）： 物理与光电工程学院 专 业： 光信息科学与技术 学 生 姓 名： 于雯雯 学 号： 200523027 指 导 教 师： 张庆瑜 完 成 日 期： 大连理工大学 Dalian University of Technology 掺杂Ag的ZnO薄膜的紫外发光增强 Li Duan, Bixia Lin, Weiying Zhang, Sheng Zhong, and Zhuxi Fu 中国科技大学物理系 摘要：用直流反应溅射在Si基片上沉积掺杂Ag的ZnO膜。由于在掺杂的Ag中，Ag2O以纳米形式存在，观察到了样品的紫外辐射显著增强。其紫外辐射包括两个峰。348nm的峰是Ag2O纳米颗粒的。382nm的峰是ZnO的。最强的ZnO-Ag2O膜的紫外散射比纯ZnO膜的紫外散射强10倍。紫外辐射增强是由在Ag2O和ZnO之间的接触面形成的激子产生的。 关键词： ZnO是一种在室温下具有3.37eV的宽能带和60meV的高激子束缚能的半导体材料。一般的，一个单晶体ZnO的光致荧光（PL）光谱有两条。在紫外区域380nm处，对应于（NBE）辐射的一条是由于激子的堆积，在可见区域的另一条是由于结构缺陷和杂质引起的。在1997年—1998年，ZnO在室温下的受激紫外辐射一经报道出来，ZnO作为一种紫外激光材料立即吸引了人们的注意。此后，越来越多的研究人员致力于ZnO紫外短波发射的应用研究。许多评论详细阐述了ZnO在短波的光电子应用近年来的发展。Tsukazaki等人在2004年12月报道了在室温下，同种结构的ZnO p-i-n 结的紫外场致发光。但是，紫外辐射的增强和薄膜生长技术的简化仍然十分重要。 在这次的研究中，通过掺杂Ag和Ag2O纳米颗粒，ZnO薄膜的紫外辐射得到显著增强。ZnO的紫外辐射增强应该主要是由Ag2O纳米颗粒和ZnO颗粒之间的激子引起的。 所有的样品都是采用直流反应磁控溅射的方法沉积在电阻率为20-30Ω/cm的n型Si（100）基片上的。样品A用的是纯锌靶沉积的。样品B、C、D和E分别是用分散分布了0.05%、0.3%、0.9%和2.4%的银点的锌靶沉积的。样品F是用纯Ag靶沉积的。溅射环境是6×10-2托的Ar和O2(Ar/O2=1/1)。基片温度为300℃，建设功率为16W(2kV,8mA)。所有样品都大约300nm厚。薄膜生长完后，所有的样品都要在1000℃、纯O2气环境下退火1h。薄膜的结构用飞利浦的X’Pert专业X射线衍射仪表征。X射线光电子分光计能谱是由Escalab MK II光电子分光计测量的。PL谱是在室温下用激发光波长为210nm的M850型荧光光谱测量的。形貌图是在AJ-III原子力显微分析仪上用原子力显微镜（AFM）拍下的。 图1显示了样品的X射线衍射（XRD）图。样品A至E只有一个ZnO(002)的普通峰。这一观察结果表明这些ZnO薄膜都是由高c轴取向的ZnO组成的。在曲线A和B中，唯一的ZnO（002）的峰分别位于34.39°和34.19°。在样品B中发现的角度略小是由于Ag+（半径1.02?）离子取代了Zn2+离子（半径0.65?）引起ZnO晶格常数增大。这种替换形式是AgZn载流子。另外，样品C和E的X射线衍射图谱和样品D的几乎是相同的。与样品B相同，样品D由于AgZn载流子，其ZnO（002）的峰也在34.13°。此外，样品D的另外4个Ag2O的峰也都观察到了。这是由于掺杂的Ag过多。Ag含量最多的样品F，除了ZnO（002）的峰和4个同样品D相同的Ag2O的峰外，还有一个很强的Ag峰。 图1 用了不同溅射靶的X射线衍射图谱 （a）纯ZnO （b）0.05%Ag （d）0.9%Ag （f）纯Ag 为了继续检查样品B中载流子AgZn的形式，测量了ZnO∶Ag/ZnO在n-Si衬底上的同质结（见图2）。同质结的结构同样也展示在图2中。掺杂Ag的ZnO和纯ZnO的I-V曲线表征测量所用电极分别是银和铟。在插图2中显示了Ag和ZnO∶Ag之间的欧姆接触电极。在图2中，I-V曲线显示ZnO∶Ag/ZnO同质结具有典型的二极管特征。这说明由于在ZnO中形成AgZn载流子，使得ZnO∶Ag层的能带结构不同于未掺杂的ZnO。 图2 ZnO∶Ag/纯ZnO同质结的I-V曲线。插图为Ag和Zn