使用磁控濺射法在石英基底上制備鉬摻雜氧化鋅薄膜。掃描電鏡結果表明薄膜由晶粒大小為40~ 80 nm 范圍內的顆粒組成, 薄膜具有六方纖鋅礦型結構且沿c 軸擇優取向生長。在可見光范圍( 400~ 760 nm) 內所有薄膜的平均光透射率超過90%。退火薄膜的光致發光( PL) 光譜表明, 退火處理對發光峰的位置有很大影響, 隨著退火溫度的增加, 發光峰位置從380 nm 紅移至400 nm 或從470 nm 紅移至525 nm。此外, 鉬摻雜對退火薄膜PL 光譜的強度影響很大。我們認為, 薄膜中缺陷濃度的變化是導致發光峰紅移的主要原因, 討論了PL 譜中不同的可見光的發光機制。

　　作為具有纖鋅礦結構的N 型半導體材料代表,在室溫下, 氧化鋅的禁帶寬度約為3.37 eV 和具有較大的激子結合能為60 meV, 其納米結構的發光特性及其在短波光電器件領域的應用已引起人們高度關注。氧化鋅作為發光材料已有近一個世紀的歷史, 其大于3.2 eV 的紫外發光是人們已經熟知的, 但對于帶間的可見熒光的發光機制尚沒有定論。通常氧空位、鋅空位、氧錯位、雜質離子都可形成可見光發射的復合中心, 從而可觀察到紫光、藍光、綠光, 黃橙光發射。然而這些可見光發射與各復合中心的關系目前仍存在較大爭議。

　　在氧化鋅晶體中, 以替位形式摻入的高價的鉬離子相較于低價的摻雜原子( 如鋁原子等) , 將更強烈地影響周圍原子的電子分布, 并導致晶格的變化,從而可能在氧化鋅的禁帶中引入未知的能級, 影響氧化鋅的發光性能。真空技術網(http://bjjyhsfdc.com/)認為這需要在實驗上對鉬摻雜氧化鋅薄膜的發光性能進行測試表征, 從而揭示鉬摻雜對氧化鋅發光性能的影響。本文在室溫下通過磁控濺射技術在石英襯底上制備不同鉬含量摻雜氧化鋅薄膜。分析鉬摻雜對ZnO 薄膜的微觀結構和光學性能的影響, 并對退火ZnO 薄膜的光致發光譜( PL)進行了詳細的討論。

　　在室溫下采用射頻磁控濺射在石英襯底上制備了鉬摻雜氧化鋅薄膜。首先, 將ZnO( 純度99.99% )和MoO₃ ( 純度99.99%) 粉末以五種不同的配比混合、燒結制備成不同Mo 組分摻雜的ZnO 靶材, 五個靶中MoO3 的質量分數分別為0% , 1%, 2%, 3% 和4% 。其次, 利用磁控濺射儀制備一系列不同Mo 組分的ZnO 薄膜, 制備條件如下: 本底真空度為8×10^-4 Pa, 濺射氬氣壓為0.7 Pa, 射頻濺射能量密度為1.8W/ cm², 鍍膜時間為60 min。最后對所制備薄膜進行一系列表征: 使用壓力表面輪廓儀( XP-1, Ambios)進行膜厚度測量; 使用掃描電子顯微鏡( SEM) 和能量色散X 射線探測器( EDX, Hitachi S-4800) 檢測薄膜表面形貌和成分; 使用X 射線衍射( XRD) 儀分析薄膜的微觀結構; 使用雙光束分光光度計(UV-2550,Shimadzu) 測量薄膜的透射率; 使用熒光光譜儀( H-itachi F-4500) 測定薄膜的PL 譜。

圖1 MZO 薄膜的SEM 圖

　　使用磁控濺射法在石英基底上制備了鉬摻雜氧化鋅薄膜。SEM 和XRD 結果表明, 薄膜微結構和晶粒尺寸明顯受鉬摻雜的影響。所有薄膜對光的平均透過率較高。ZnO 薄膜的PL 譜表明, 隨著退火溫度的增加, 發光峰位置從380 nm 紅移至400 nm 或從470 nm 紅移至525 nm。鉬摻雜顯著影響PL 譜強度。認為薄膜中缺陷濃度的變化是導致發光峰紅移的主要原因。400 和525 nm 兩個主發光峰應分別歸結為電子從導帶到VZn和Oi缺陷的躍遷。