超声喷雾热解法制备SN-Mg共掺ZnO薄膜及光电特性的研究

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氧化锌(ZnO)是具有宽的直接带隙(3.37 eV)和高内聚能(1.89 eV),高透明性,高电子迁移率,大的激子结合能等的Ⅱ-Ⅵ族半导体材料。由于其具有这些特性,极大的引起了人们的关注,在有机发光二极管、紫外光电器件、传感器、太阳能电池等方面拥有广泛的应用。  本文中,详细的介绍了ZnO晶体的结构特性,以及在各个领域的应用。比较多种ZnO薄膜的制备方法的差异,选择超声喷雾热解法(USP)。本文实验采用石英和玻璃衬底,制备纯ZnO薄膜的前驱体溶液为乙酸锌,并以乙酸锌、氯化锡和乙酸镁为前驱体溶液制备了Sn-Mg共掺ZnO薄膜。针对制备样品的表征,采用了PL谱、XRD、SEM等测试技术;并对样品薄膜的形貌、结晶质量、透过率、导电率等进行了研究分析。  研究结果表明:Sn-Mg共掺增强了ZnO薄膜(101)方向的择优生长。改变掺杂物质的浓度,在制备的Sn-Mg共掺ZnO薄膜样品中,溶液原子比Zn∶ Mg∶ Sn=97.6∶2∶0.4时,结晶质量优异,具有很好的光学性能和电学性能。通过PL谱可以看到有明显的紫光发射峰,且紫外吸收边有明显的蓝移,导电性能明显提高。证明了溶液原子比Zn∶ Mg∶Sn=97.6∶2∶0.4时,薄膜具有很好的光电性能。沉积时间的改变,也引起了薄膜性能的变化,当沉积时间为7min时,薄膜结晶质量最好。通过实验数据及图谱的分析,可以得到超声喷雾热解法制备Sn-Mg共掺ZnO薄膜的最佳方案:衬底温度为440℃、喷嘴与衬底之间的距离为4cm、溶液原子比Zn∶ Mg∶ Sn=97.6∶2∶0.4、载气流量为0.8L/min,此时制备的Sn-Mg共掺ZnO薄膜性能最好。
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