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微量Mg掺杂ZnO薄膜的光致发光光谱和带隙变化机理研究

高立 张建民

微量Mg掺杂ZnO薄膜的光致发光光谱和带隙变化机理研究

高立, 张建民
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出版历程
  • 收稿日期:  2009-03-02
  • 修回日期:  2009-06-29
  • 刊出日期:  2010-02-15

微量Mg掺杂ZnO薄膜的光致发光光谱和带隙变化机理研究

  • 1. 陕西师范大学物理学与信息技术学院,西安 710062
    基金项目: 

    国家重点基础研究发展计划(批准号:2004CB619302)资助的课题.

摘要: 利用射频磁控溅射(RF-MS)法在450 ℃玻璃基底上制备了Mg掺杂量分别为0.81at%,2.43at%和4.05at%的ZnO薄膜,对其微观结构、室温光致发光光谱(PL)、光学和电学性质进行了研究.结果发现,微量Mg掺杂ZnO薄膜晶体具有六方纤锌矿结构并保持高结晶质量;掺杂0.81at%和2.43at%Mg的ZnO薄膜室温PL谱中近带边发射(NBE)峰的短波方向出现了高能发射带与NBE峰同时存在;随着Mg掺杂量增加至4.05at%,这个高能发射带逐步将NBE峰掩盖.推测在Mg掺杂ZnO薄膜中,Mg2+替代Zn2+附近核外电子的能量增大并产生了一个高能级.而未被Mg2+替代的Zn2+周围的核外电子能量状态不变,带间能级依然存在,随着Mg掺杂量的增加处于高能级的电子数目逐步增加并占绝对优势.因此,ZnO薄膜随着Mg掺杂量增加薄膜禁带宽度增大,这是由于Mg掺杂后周围电子能量增大与Burstein-Moss效应共同作用的结果.另外,薄膜在可见光区域的平均透射率均大于85%,随着Mg掺杂量的增加,薄膜禁带宽度增大并在3.36—3.52 eV内变化;Mg掺杂量为0.81at%,2.43at%和4.05at%时,薄膜电阻率分别为2.2×10-3,3.4×10-3和8.1×10-3Ω·cm.

English Abstract

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