脱文刚等

摘要： 采用真空电子束蒸发金属薄膜及后续热氧化技术在石英衬底上分别制备出了ZnO、Al∶ZnO以及Sn∶ZnO薄膜。通过X射线衍射仪（XRD），紫外可见分光光度计和原子力显微镜（AFM）等分析仪器对比研究了Al、Sn掺杂对ZnO薄膜结晶质量、光学性质及表面形貌的影响。测试结果表明，Al、Sn掺杂可以使薄膜结晶质量得到提高，薄膜应力部分释放，薄膜表面的粗糙度也相应增加，掺杂对薄膜光学带隙的影响在一定程度取决于金属薄膜的氧化程度，氧化充分可以使光学带隙变宽，反之则变窄。

关键词： ZnO薄膜； 热氧化； 掺杂； 可见光谱； 微结构

中图分类号： TU 73文献标志码： Adoi： 10.3969/j.issn.10055630.2015.03.019

Abstract： ZnO， Al∶ZnO and Sn∶ZnO thin film were obtained by thermal oxidation metal or alloy films deposited by vacuum electron beam evaporation technology. The effects of different dopants on the microstructure and optical properties of ZnO thin films were investigated by Xray diffraction（XRD）， optical transmittance， absorption and atomic force microscopy （AFM） measurement. The characterization results indicate that the metal doping has the effect of improving the crystal quality， partially releasing the stress and increasing the surface roughness of the film. The effect of dopant on the optical bandgap of the film depends on the oxidation level of the metal film.

Keywords： ZnO thin film； thermal oxidation； dopants； visible spectrum； microstructure

引言ZnO是IIVI族直接带隙氧化物半导体材料，室温下能隙宽度为3.37 eV，具有高达60 meV的激子束缚能、稳定的化学性质以及优良的光电特性等优点，在太阳能电池、平板显示器、半导体激光器以及透明导电薄膜等方面有着广阔的应用前景，已成为继GaN之后在短波长半导体材料研究领域的新热点[13]。非掺杂氧化锌通常表现为n型半导体材料，其在光电领域的应用主要是通过掺入不同类型的元素来实现其各种功能和提升相关性能。在n型ZnO半导体材料中，常用的掺杂元素主要包括Ⅲ族元素[45]、Ⅳ族元素[67]和ⅣB族元素[8]，其中Al和Ga为最常用的掺杂元素，但有关Sn掺杂ZnO（SnZnO）方面的文献报道相对较少[7，911]。 Sn4+的半径（0.069 nm）与Zn2+的离子半径（0.074 nm）非常接近，使得其掺杂进入ZnO基体时不会引起大的晶格畸变，同时Sn4+取代Zn2+时可能释放两个导电电子，有助于提高ZnO薄膜的导电性能，使得Sn被认为是一种非常有希望的n型掺杂元素。……