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氧化锌(ZnO)是一种直接宽带隙半导体材料,其室温禁带宽度为3.37 eV,激了束缚能高达60 meV,使其能在室温或更高温度下稳定存在,因而成为制备半导体激光器(LDs)、发光二极管(LEDs)的理想材料。研究表明,ZnO纳米结构丰富,在未来纳米光电子器件和纳米电子器件领域具有巨人的应用前景。例如,ZnO纳米结构可用于场发射、医疗、生物传感等领域,ZnO透明导电薄膜也被认为是未来取代平板显示器中ITO薄膜的候选材料之一。因此,ZnO透明导电薄膜的制备和性能具有较大的研究意义。
本论文首先采用脉冲激光沉积(PLD)技术在Si(111)衬底上制备了晶体质量优异的ZnO薄膜,研究了缓冲层、氧气压强、激光脉冲能量、退火气氛、退火温度、退火时间等工艺参数对薄膜质量的影响,对这些工艺参数进行了优化。同时,对ZnO的显微结构、电学及光学性能进行了系统研究,并将其它薄膜制备方法与PLD技术进行比较,探讨了这些方法的优缺点。
此外,本论文对氧化锌镓(GZO)复合靶材的制备和性能进行了研究。以纯度均为99.99%的ZnO粉末和Ga2O3粉体为原料,依次通过模压成型+烧结工艺,研究了Ga含量(Ga/Zn原子比分别为2%、4%、6%、8%)和制备工艺对GZO靶材性能的影响。在此基础上,以该复合靶材为溅射靶材,采用PLD技术生长了GZO复合薄膜,比较了靶材中的Ga含量对薄膜的晶体结构与光电性能的影响。结果表明,所制备的GZO薄膜沿[002]方向择优生长,最佳电阻率为4.335×10-4Ω·cm,可见光透过率均在80%以上。