溶膠-凝膠法制備ZnO及Fe摻雜ZnO薄膜及其表征

張　欣,王建剛,馬　靜,胡建文

(河北科技大學材料科學與工程學院，河北石家莊　050018)

?

溶膠-凝膠法制備ZnO及Fe摻雜ZnO薄膜及其表征

張欣,王建剛,馬靜,胡建文

(河北科技大學材料科學與工程學院，河北石家莊050018)

摘要：采用溶膠-凝膠法在玻璃基體上制備了ZnO和Fe摻雜ZnO薄膜，并通過掃描電子顯微鏡、原子力顯微鏡、X射線衍射儀和紫外-可見分光光度計對所制備薄膜的表面形貌、結(jié)構(gòu)和光學性能進行分析。結(jié)果表明，2種薄膜均表面光滑，為沿(101)晶面取向的纖鋅礦結(jié)構(gòu)；與ZnO薄膜相比，F(xiàn)e摻雜ZnO薄膜表面更光滑，且晶粒尺寸從58.512 nm減小到36.460 nm；另外，F(xiàn)e摻雜后，沿(101)晶面的取向程度減弱，且禁帶寬度由3.1 eV增大到3.4 eV。

關(guān)鍵詞：薄膜技術(shù)；ZnO薄膜；Fe摻雜；溶膠-凝膠法；結(jié)構(gòu)；光學性能

氧化鋅(ZnO)是一種寬禁帶Ⅱ-Ⅵ族半導體材料，室溫下禁帶寬度為3.37 eV，激子束縛能為60 meV，具有優(yōu)異的光學性能、電學性能、機械性能、化學穩(wěn)定性及生物相容性，且無毒、易摻雜。因此，ZnO在紫外探測器、太陽能電池、光催化、光發(fā)射二極管等方面都有廣泛的應(yīng)用前景[1-2]。

目前，ZnO薄膜的制備方法有分子束外延法(MBE)、化學氣相沉積法(CVD)、物理氣相沉積法(PVD)、脈沖激光沉積法(PLD)、溶膠-凝膠法(sol-gel)等，其中sol-gel法具有成本低、設(shè)備簡單、制備溫度低、成分可控、易在各種形狀基體上成膜的優(yōu)點[3]。另外，ZnO薄膜可通過摻雜其他金屬元素來改善其光學、電學及磁學性能[4-5]。如通過摻雜Ag，Cu和Li元素可獲得p型ZnO薄膜，這對于ZnO光電器件是很重要的[6-8]。而 Cd，Mg和Al元素的摻雜可調(diào)節(jié)ZnO薄膜的能隙寬度，這是評價半導體性能的一個重要參數(shù)[9-11]。……