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ZnO薄膜的制备及其光学性质的研究

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毕业论文范文题目：ZnO薄膜的制备及其光学性质的研究，论文范文关键词：ZnO薄膜的制备及其光学性质的研究
ZnO薄膜的制备及其光学性质的研究毕业论文范文介绍开始：
【论文摘要】：氧化锌(ZnO)是一种新型的宽禁带Ⅱ-Ⅳ族化合物半导体材料,禁带宽度为3.37eV,激子束缚能为60meV。ZnO薄膜具有优良的光学、电学性能,在许多领域具有现实及潜在的应用,如表面声波器件、透明电极,紫外光探测器、发光二极管、压电器件、气敏传感器及平面波导等。近年来,随着短波长发光器件的广泛应用,ZnO薄膜作为直接带隙宽禁带半导体材料引起了国内外材料界的极大关注,成为继GaN之后光电研究领域又一热门研究课题。在本论文的工作中,我们采用射频磁控溅射技术在石英玻璃衬底上制备出了高质量的ZnO薄膜,并采用多种分析方法对其结构、表面形貌、成分、膜厚、光学及光波导特性进行了研究。论文主要内容如下：首先,我们研究了工作压强对ZnO薄膜结构和光学性质的影响。利用X-射线衍射技术分析了ZnO薄膜的结构和结晶情况,结果表明,在溅射压强较低的条件下,制备出了高度c轴择优取向的ZnO薄膜,随（文章此处忽略..）着工作压强的降低,薄膜的结晶质量先得到提高,后下降,工作压强为0.5Pa的样品在同组样品中具有最好的结晶质量。利用原子力显微镜(AFM)研究了薄膜的表面形貌,分析了工作压强对薄膜表面粗糙度的影响。实验发现,工作压强为0.5Pa的样品算数平均粗糙度(2.579nm)和方均根粗糙度(3.249nm)在同组样品中最小,薄膜结晶质量最好,与X射线衍射分析结果一致。通过背散射技术(RBS)分析了薄膜的成分,并研究了工作压强和薄膜的沉积速率之间的关系。应用RBS谱从Zn及O元素背散射离子的产额估算出了Zn元素与O元素的原子数比,结果表明,膜中Zn：O约为1：0.96接近于靶材中Zn、O元素的含量比。并成功的制备了ZnO/SiO2薄膜波导结构,应用棱镜耦合技术测量各样品TE模和TM模对633nm波长光波对应的有效折射率,应用这些有效折射率值,估算了膜的折射率,结果表明,所制备的薄膜的折射率小于块状ZnO晶体的折射率,溅射压强越（文章此处忽略..）小样品的折射率越接近于块状晶体材料的折射率。其次,我们研究了溅射功率对ZnO薄膜结构和光学性质的影响。通过X射线衍射分析了ZnO薄膜的结构和结晶情况,结果表明,溅射功率分别为100W、120W和150W条件下制备的ZnO薄膜均为c轴择优取向,增大溅射功率,有利于提高薄膜的结晶质量。应用原子力显微镜研究了薄膜的表面形貌,分析了溅射功率对薄膜表面粗糙度的影响。结果表明,增大溅射功率有利于增大晶粒尺寸,改善薄膜的结晶质量,使薄膜表面粗糙度降低。溅射功率分别为120W及150W条件下,应用射频磁控溅射技术成功的制备出了ZnO/SiO2薄膜波导结构。用棱镜耦合法检测了ZnO/SiO2薄膜波导结构,测量了样品TE模和TM模对633nm波长光波对应的有效折射率,应用这些有效折射率值,估算了膜的折射率,结果表明,所制备的薄膜的折射率小于ZnO块状晶体的折射率,溅射功率越大样品的折射率越接近于块状晶体材料的折射率。（文章此处忽略..）第三,我们分析了衬底温度对ZnO薄膜结构和光学性质的影响。通过X射线衍射分析了ZnO薄膜的结构和结晶情况,实验发现,衬底温度对薄膜的结晶情况有重要的影响,适当提高衬底温度,有利于提高ZnO薄膜的c轴择优取向及结晶质量。衬底温度为300℃时(002)面衍射峰强度最弱,且c轴晶格常数比标准ZnO晶体晶格常数小0.0352A,而其它温度下制备的ZnO薄膜样品c轴晶格常数均大于标准晶体晶格常数,这说明衬底温度为300℃时,ZnO薄膜的生长方式发生了变化。利用原子力显微镜研究了薄膜的表面形貌,分析了衬底温度对薄膜表面粗糙度的影响。利用棱镜耦合法检测了ZnO/SiO2薄膜波导结构,测量了样品TE模和TM模对633nm波长光波对应的有效折射率,应用这些有效折射率值,估算了膜的折射率,结果表明,不同衬底温度下制备的ZnO薄膜的折射率小于ZnO块状晶体的折射率。通过紫外-可见光分光光度计分析表明,不同衬底温度下制备（本文此处忽略..）的ZnO薄膜可见光区平均透射率超过80%,其禁带宽度在3.32-3.35eV之间接近于ZnO块状晶体的禁带宽度。最后,我们研究了溅射沉膜时间对ZnO薄膜结构和光学性质的影响。通过X射线衍射分析了ZnO薄膜的结构和结晶质量,结果表明,增加溅射时间有利于改善薄膜的结晶质量。利用原子力显微镜研究了薄膜的表面形貌,分析了沉膜时间对薄膜表面粗糙度的影响。用棱镜耦合法检测了ZnO/SiO2薄膜波导结构,测量了样品TE模和TM模633nm波长光波对应的有效折射率,应用这些有效折射率值,估算了膜的折射率,结果表明,所制备的薄膜的折射率小于ZnO块状晶体的折射率,溅射沉膜时间越长样品的折射率越接近于块状晶体材料的折射率。

以上为本篇毕业论文范文ZnO薄膜的制备及其光学性质的研究的介绍部分。

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