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PLD法生长ZnMgO/ZnO异质结与多层纳米结构及其性能研究

作　者: 谢军
导　师: 叶志镇
学　校: 浙江大学
专　业: 材料物理与化学
关键词: 衬底温度 硅材料 异质结结构 硕士学位论文 缓冲层 浙江大学 超晶格结构 薄膜生长 多层薄膜 合金薄膜
分类号: TB43
类　型: 硕士论文
年　份: 2005年
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内容摘要


MgO和ZnO形成合金Zn1-xMgxO的带隙可以在3.2-7.9eV之间变化，在制备紫外波段光电器件方面有着广阔的应用前景。由ZnO和Zn1-xMgxO交替沉积而成的ZnO／ZnMgO量子阱和超晶格在激光器、光探测器和其他光电器件方面也有潜在的应用价值。本文采用脉冲激光，分别在Si（100）衬底和采用ZnO作为缓冲层的Si（100）衬底上生长了ZnMgO薄膜，并对衬底温度，激光频率，氧压以及生长时间等生长工艺参数进行了系统的研究。同时尝试了在Si（100）及Si／ZnO衬底上生长ZnO／ZnMgO异质结及超晶格结构。主要的研究工作如下：1．目前，ZnMgO合金薄膜大多数以蓝宝石或ScAlMgO4为衬底。本文报道了在硅衬底上应用脉冲激光沉积法生长ZnMgO，并且首次通过对ZnMgO薄膜生长条件的探索，得出了适用于Si（100）衬底生长高质量c轴取向薄膜的最优条件：衬底温度600℃，氧压10Pa，激光频率3Hz，靶材与衬底距离约为4.5cm。2．采用高温ZnO缓冲层技术，成功生长出高晶体质量及完全c轴取向的ZnMgO合金薄膜，通过XRD图谱观察其半高宽仅为0.2044°，而SEM图谱表明其表面结晶质量完好。3．在国内首次尝试了使用PLD方法在Si（100）上直接生长多层ZnO／ZnMgO薄膜及量子阱。并对多层薄膜的生长条件，晶体质量，光学性质等方面进行了研究。所生长的多层薄膜晶体质量均为完全c轴取向，光学性质可能由于不匹配衬底的原因，有很大差别。4．采用ZnO缓冲层的方法改善Si与ZnMgO晶格失配较大的问题，生长多层ZnO／ZnMgO薄膜，并取得良好的结果。

全文目录


摘要  3-4
ABSTRACT  4-5
目录  5-7
第一章 前言  7-9
第二章 文献综述  9-30
  2.1 Zn,Mg简介  9-10
  2.2 ZnO晶体的结构和性能  10-12
    2.2.1 ZnO的晶体结构  10-11
    2.2.2 ZnO的物理常数  11-12
  2.3 MgO晶体的结构和性能  12
  2.4 Zn_(1-x)Mg_xO合金及多层薄膜的结构与研究进展  12-22
    2.4.1 Zn_(1-x)Mg_xO的结构  12-13
    2.4.2 Zn_(1-x)Mg_xO三元合金的应用  13-17
    2.4.3 ZnMgO薄膜及ZnO/ZnMgO量子阱和超晶格结构的发光特性  17-19
    2.4.4 Zn_xMg_(1-x)O薄膜及ZnO/ZnMgO超晶格结构的研究现状  19-22
  2.5 ZnO/ZnMgO薄膜的外延生长技术  22-24
    2.5.1 分子束外延(MBE)  22-23
    2.5.2 金属有机物汽相外延(MOCVD)  23
    2.5.3 溶胶—凝胶法(sol-gel)  23
    2.5.4 其它生长方法  23-24
  2.6 立题思路及主要研究工作  24-25
  参考文献  25-30
第三章 PLD薄膜生长实验原理和仪器设备  30-38
  3.1 脉冲激光沉积(PLD)实验基本原理  30-32
  3.2 PLD薄膜生长实验系统简介  32-34
  3.3 实验流程  34
  3.4 实验方法  34-36
  3.5 分析测试设备  36-37
  参考文献  37-38
第四章 生长参数对Si(100)衬底上生长ZnMgo薄膜的影响  38-59
  4.1 引言  38-39
  4.2 Zn—Mg靶材的制备及表征  39-42
    4.2.1 靶材的制备  39-40
    4.2.2 靶材的性质表征  40-42
  4.3 Si(100)衬底上生长单层ZnMgO薄膜  42-54
    4.3.1 衬底温度对ZnMgO薄膜生长的影响  42-45
    4.3.2 激光脉冲频率对ZnMgO薄膜生长的影响  45-47
    4.3.3 氧压对ZnMgO薄膜生长的影响  47-52
    4.3.4 生长时间对ZnMgO薄膜生长的影响  52-54
  4.4 ZnO缓冲层对生长Zn_(1-x)Mg_xO薄膜的影响  54-58
    4.4.1 衬底温度对薄膜晶体质量的影响  55-57
    4.4.2 场发射扫描电子显微镜(FESEM)图像及其分析结果  57-58
  参考文献  58-59
第五章 Si(100)衬底上生长ZnO/ZnMgO多层薄膜  59-70
  5.1 引言  59-60
  5.2 ZnMgO/ZnO/ZnMgO双异质结生长  60-62
  5.3 ZnO缓冲层上生长的ZnMgO/ZnO/ZnMgO异质结构  62-65
  5.4 ZnO缓冲层上生长的ZnO/ZnMgO多层量子阱结构  65-69
  参考文献  69-70
第六章 结论  70-71
致谢  71

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中图分类: > 工业技术 > 一般工业技术 > 工业通用技术与设备 > 薄膜技术
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