ZnO掺Al薄膜材料制备及光学性能研究毕业论文
2022-03-02 21:51:26
论文总字数：8301字
摘 要
氧化锌是一种有很多优秀性能的自带空隙的半导体材料，氧化锌薄膜具有很多良好的薄膜性能，而且氧化锌薄膜来源广，价格低，在制备过程中易掺杂无毒无污染是一种环保的材料而且可以大规模运用[1]。
虽然氧化锌拥有很多良好的性能，但还是存在着缺陷，加入一些杂质可以改变性能。掺入杂质铝可以得到具有更好光学电学性能的薄膜。
本文使用水热法，以乙酸锌和尿素制备氧化锌薄膜，使用硝酸铝为原料掺入铝，制备氧化锌掺铝的薄膜产品，主要研究不同浓度的掺铝对氧化锌的性能的影响，利用红外光谱、光学显微镜、X 射线衍射等方法对实验样品进行测试和分析。
氧化锌掺杂铝，在铝的浓度为2%的情况下氧化锌的光吸收率最强。铝的掺杂不会对氧化锌在结构上产生大的影响。随着铝的掺杂氧化锌在形貌上发生改变，实验产物向着纳米级颗粒变化。
关键词：氧化锌 掺杂 铝 水热法
Preparation and Optical Properties of ZnO - doped Al Films
Abstract
Zinc oxide is a self-contained semiconductor material with many excellent properties. The zinc oxide film has many good film properties, and the zinc oxide film is of wide source and low price. It is easy to be doping in the preparation process. Kind of environmentally friendly materials and can be used on a large scale
Although zinc oxide has a lot of good performance, but there are still flaws, adding some impurities can change performance. The incorporation of impurity aluminum can result in films with better optical electrical properties.
In this paper, zinc oxide films were prepared by hydrothermal method using zinc acetate and urea, and aluminum nitride was used as raw material to prepare aluminum alloy. The effects of different concentrations of aluminum on the properties of zinc oxide were studied. Infrared spectroscopy, optical microscopy and X - ray diffraction were used to test and analyze the experimental samples.
Zinc oxide doped with aluminum, zinc oxide in the case of the concentration of 2% of the strongest absorption of zinc oxide. The doping of aluminum does not have a large effect on the structure of zinc oxide. With the change in the morphology of the zinc oxide doped with zinc, the experimental product changes toward the nanoscale particles.
Key words: ZnO Doping Al Hydrothermal
目 录
摘 要 Ⅰ
ABSTRACT...............................................................................................Ⅱ
第一章 绪论 1
1.1引言 1
1.2氧化锌薄膜的制备 1
1.2.1水热法 1
1.3氧化锌物理参数 2
1.4氧化锌薄膜光学性质 2
1.5氧化锌薄膜应用 3
第二章 试验材料与表征方法 4
2.1实验原料与器材 4
2.1.1实验原料 4
2.1.2实验所用仪器 4
2.2实验样品分析表征 5
2.2.1红外光谱分析（FT-IR） 6
2.2.2X射线衍射测试（XRD） 6
第三章 氧化锌薄膜的制备与铝掺杂 6
3.1氧化锌粉末的制备 6
3.2氧化锌掺铝粉末的制备 8
3.3红外光谱分析 11
3.4X射线衍射测试（XRD） 11
第四章 实验结果与结论 12
4.1氧化锌与掺铝氧化锌红外光谱 12
4.2光学显微镜下的样品 16
4.3X衍射射线 18
4.4结论 19
第五章 不足与展望 20
参考文献 21
致谢..........................................................................................................23
第一章 绪论
1.1引言
氧化锌是一种有很多优秀性能的自带空隙的半导体材料，氧化锌薄膜具有很多良好的薄膜性能比如有较高的熔点，激子束缚能高等，而且氧化锌薄膜来源广，价格低，在制备过程中易掺杂无毒无污染是一种环保的材料而且可以大规模运用。
1.2氧化锌薄膜的制备
1.2.1水热法
水热法是在特制的密闭反应容器里，以水溶液为反应介质，通过对反应容器加热，创造一个高温、高压的反应环境，使得平常难溶或不溶的物质溶解并且重结晶[10]。
1.3氧化锌物理参数
物理参数 | 数值 |
分子量 | 81.39 |
密度（g/cm³） | 5.606 |
熔点（℃） | 1975 |
导电率（Ω.cm） | 10 |
莫氏硬度 | 4.5 |
静态介电常数 | 8.656 |
压电常数（C/㎡） | e31=-0.16,e33=1.14,e13=-0.59 |
热电常数（m.V/K)(300K) | 1200 |
线膨胀系数（K—1） | 4.75(a轴)2.92(c轴） |
折射率 | 2 |
300K时的禁带宽度（eV） | 3.37 |
激子结合能（meV） | 60 |
本征载流子浓度（cm—3）(300K) | 1.7*107 |
电子有效质量（*m0） | 0.24 |
空穴有效质量（*m0） | 0.59 |
本征电子Hall迁移率（c㎡/V.s)(300K) | 200 |
1.4氧化锌薄膜光学性质
氧化锌薄膜是理想的透明导电材料,可见光透射率几乎可达90%,电阻率可以低至10-4Ω•cm。膜机械稳定性高,无毒,逐渐成为ITO薄膜的替代材料。氧化锌在紫外波段有受激发射的特点。用MBE法制得具有自形成谐振腔结构的氧化锌薄膜,并观察到室温下400nm附近的光泵浦紫外激光发射。氧化锌薄膜室温光致发光谱(PL谱),除400nm附近的本征紫外峰外,还有520nm附近的黄绿光波段的展宽峰,这主要是由薄膜中的氧缺陷引起的。
1.5氧化锌薄膜应用前景
氧化锌薄膜可以利用在很多地方氧化锌薄膜的发展会极大地改变未来人们的生活方式，在新能源原领域的极大运用前景，会很大程度的影响未来研究的方向。氧化锌薄膜未来会应用在生活的很多方面，掺铝的氧化锌薄膜对比基本的薄膜具有更大的优势，应用前景广阔。现在制作薄膜的工艺已经很成熟，但过程可能还相对复杂，消耗的时间也相对很长。未来随着科技的发展，在工业技术进步下制膜技术更加先进，制膜更加方便简洁，成本更加低廉，生们的生活水品会更进一步。未来是靠我们这一代人来建设发展的，科技可以改变未来，我们要不断创新才能让社会得到长足的发展。薄膜在太阳能领域和其他 生活领域有长足的发展空间。
第二章 试验材料与表征方法
2.1实验原料与器材
2.1.1实验原料
实验所用原料 | 规格 | 生产厂商 |
二水合乙酸锌 | 分析纯 | |
尿素 | 分析纯 | 西陇科学股份有限公司 |
硝酸铝 | 分析纯 | |
氢氧化钠 | 分析纯 | |
去离子水 | 自制 |
2.1.2实验所用仪器
实验所用仪器 | 型号 | 出产厂商 |
数显鼓风干燥箱 | GZX-9246 | 北京安亭科学仪器厂 |
超声波清洗机 | JP-020 | |
台式高速离心机 | RJ-TGL-16C-Ⅱ | 北京博讯实业有限公司 |
傅里叶红外光谱分析仪 | Vertex70 | 布鲁克（北京）科技有限公司 |
铁架台 | 上海博讯实业有限公司 | |
烧杯 | 上海安亭科学仪器厂 | |
三口烧瓶 | ||
量筒 | ||
移液管 | ||
X射线衍射仪 | DX-2700B | 布鲁克（北京）科技有限公司 |
2.2实验样品分析表征
2.2.1红外光谱分析（FT-IR）
红外光谱采用德国BRUKER公司VERTEX 70红外光谱仪进行表征,样品采用KBr压片法,测试范围为 400-4000cm-1,测试温度为25℃。
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