论文部分内容阅读
ZnO是一种具有大的禁带宽度(3.37eV)和室温激子束缚能(60meV)的半导体材料，ZnO的优良特性使其在在光电器件领域有着极大的应用潜力，ZnO纳米薄膜的制备和应用已成为当前半导体材料研究的一个重要方向。为了改善ZnO薄膜的成膜质量以及光电性能，研究人员一直在尝试在电解液中掺杂高分子物质制备复合膜。本文研究了ZnO薄膜的沉积过程及工艺条件，在此基础上研究了表面活性剂对ZnO膜的影响。
本文采用传统的三电极反应体系，以ITO导电玻璃为工作电极，铂电极为对电极，饱和甘汞电极作为参比电极。文中首先以Zn(NO3)2为电解液，采用阴极电化学沉积法在ITO导电玻璃上沉积出ZnO薄膜，对沉积膜进行了循环伏安特性研究，分析了浓度、沉积温度、沉积电位、溶液pH等对沉积膜的影响。对制备的ZnO薄膜进行SEM、XRD、EDS、光致发光等测试分析，结果表明电沉积法制备的ZnO薄膜为六方纤锌矿结构，在电解液pH取5.0±0.1，沉积电位在-1.3V～-1.1V，沉积时间为900-1200s，退火温度为500℃条件下，制备出的ZnO薄膜表面均匀、致密平整。实验研究了支持电解质在沉积过程中的作用，在电解液中加入支持电解质NaNO3，制备的ZnO薄膜中含有棒状结构，而加NaCl的电解液，其制备出的ZnO薄膜具有孔隙较大的片状结构。
本文还研究了表面活性剂六亚甲基四胺(HMTA)和木素磺酸钙（Lignosite）对ZnO的掺杂行为，分析了表面活性剂对电沉积过程、沉积膜结构、形貌以及光学性质的影响。实验表明，在电解液中掺杂HMTA，电沉积时随浓度、沉积电位、温度等沉积条件的改变，制备的氧化锌形貌亦相应发生改变。在优选条件下，ZnO薄膜表面呈小方晶搭接的均一结构。电解液中加入木素磺酸钙，降低了前驱体（氢氧化锌）表面张力，并通过空间位阻作用减少了团聚的可能性。研究发现电位取-1.9V时，ZnO颗粒紧密排列，表面平整;在较低温度下，ZnO薄膜表面平滑，粒径较小;温度升高，薄膜表面粗糙，颗粒粒径增大。经光学测试分析，掺杂六亚甲基四胺和木素磺酸钙后制备的ZnO薄膜在紫外及可见光区都有较强吸光度，未掺杂条件下制备的ZnO薄膜带隙为2.95eV，掺杂六亚甲基四胺制备的ZnO薄膜带隙为2.98eV，掺杂木素磺酸钙制备的ZnO薄膜带隙为2.99eV。