多光区发光Ag、Ga、N掺杂ZnO薄膜及其制备方法，它涉及ZnO薄膜及其制备方法。本发明专利技术是要解决现有的单一掺杂的ZnO薄膜发光强度弱、发光区域少的技术问题。本发明专利技术的多光区发光Ag、Ga、N掺杂ZnO薄膜是在衬底上溅射一层Ag、Ga、N共同掺杂的ZnO薄膜；方法：将ZnO粉末和Ga2O3粉末热压成陶瓷片，再贴上Ag，得到靶材；将靶材和衬底放到射频磁控溅射镀膜机中，将溅射室抽真空后通入N2和O2的混合气体，通过溅射得到膜片，膜片退火后，得到多光区发光Ag、Ga、N掺杂ZnO薄膜，该薄膜在紫外光、紫光、红橙光区域同时发光，可用于光电器件领域。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及ZnO薄膜及其制备方法。
技术介绍
ZnO是一种宽禁带(3. 37eV)直接带隙半导体，其自由激子结合能(60emV)高于室温时热离化能(25meV)，室温下激子不会分解，可以实现室温以及更高温度的激子复合发光，因此ZnO半导体薄膜在光电器件领域中有着广阔的应用前景，其发光波段范围较广，在不同条件下制备的ZnO，在室温时就可以观察到从紫外光到可见光中的红橙光，发光波段从 370nm 700nm，因此单一材料的ZnO就可以实现其在紫外光和白光发光器件中的应用，而通过掺杂可以有效的调节ZnO的发光峰位和发光强度。然而单一掺杂的ZnO会出现掺杂浓度低、发光强度弱，发光区域少等缺点。
技术实现思路
本专利技术是要解决现有的单一掺杂的ZnO薄膜发光强度弱、发光区域少的技术问题，而提供多光区发光Ag、Ga、N掺杂ZnO薄膜及其制备方法。本专利技术的多光区发光Ag、Ga、N掺杂ZnO薄膜是在衬底上溅射一层Ag、Ga、N共同掺杂的ZnO薄膜。本专利技术的多光区发光Ag、Ga、N掺杂ZnO薄膜的制备方法按以下步骤进行一、靶材的制备按质量百分比称取99. I % 99. 6%的ZnO粉末和O. 9% O. 4% 的Ga2O3粉末并混合均匀，加入到模具中，在温度为1000°C 1300°C、压力为5 20MPa的条件下压制4 6h,得到直径为60mm 100mm、厚度为3mm 5mm的陶瓷片，然后将占陶瓷片面积1% 2%的Ag片贴到陶瓷片中心位置，得到靶材；其中ZnO粉末的纯度>99. 99%, 粒度为O. 2μπι 2μ ，Ga2O3粉末的纯度彡99. 99%，粒度为0·2μπι 2μπι;二、将步骤一制备的靶材和衬底放到射频磁控溅射镀膜机中，其中控制靶材与衬底距离为8cm 9cm，将溅射室抽真空至真空度为9 X 10_4Pa I X 10 ,然后按N2和O2的体积比为2 3将队和02的混合气体通入到溅射室内，保持溅射室的压强为IPa，在衬底温度为290 310°C、溅射功率为60W 80W的条件下，溅射Ih I. 5h，得到膜片；三、将步骤三得到的膜片放温度为530 560°C的马弗炉中退火Ih I. 5h，得到多光区发光Ag、Ga、N掺杂ZnO薄膜。其中衬底为硅或石英玻璃。本专利技术采用磁控溅射法在衬底上制备了 Ag、Ga、N双受主施主共掺杂的ZnO薄膜， 通过掺杂元素Ga和N来调节和控制ZnO薄膜在紫光波段的发光，而Ag的掺杂一方面提高了激子的浓度，促进了 Oi的形成，从而有效的增加了 ZnO薄膜在紫外和可见光区域的发光强度，另一方面提高了 ZnO薄膜中中性施主束缚激子的浓度，在低温光致发光谱谱中得到了位于3. 359eV的发光峰。掺杂时，由于N的形成能较高，不容易掺进ZnO的晶格中，本专利技术通过加入Ga和Ag形成Ga-N或者Ag-N复合体，从而能够增加ZnO薄膜的N的掺杂含量。本专利技术通过这种双受主施主掺杂方法，在提高发光强度的同时得到了在紫外光、紫光、红橙光区域同时发光的ZnO薄膜。本专利技术的多光区发光Ag、Ga、N掺杂ZnO薄膜可用于光电器件领域。附图说明图I是试验一制备的多光区发光Ag、Ga、N掺杂ZnO薄膜的AFM表面形貌图；图2是试验一制备的多光区发光Ag、Ga、N掺杂ZnO薄膜的X射线衍射谱图；图3是试验一制备的多光区发光Ag、Ga、N掺杂ZnO薄膜及对比的Ga、N掺杂ZnO 薄膜的光致发光谱谱图；其中a为多光区发光Ag、Ga、N掺杂ZnO薄膜的光致发光谱谱；b为对比的Ga、N掺杂ZnO薄膜的光致发光谱谱；图4是试验一制备的多光区发光Ag、Ga、N掺杂ZnO薄膜及对比的Ga、N掺杂ZnO 薄膜的20K时的低温光致发光谱谱图；其中a为多光区发光Ag、Ga、N掺杂ZnO薄膜的光致发光谱谱；b为对比的Ga、N掺杂ZnO薄膜的光致发光谱谱；具体实施例方式具体实施方式一本实施方式的多光区发光Ag、Ga、N掺杂ZnO薄膜是在衬底上派射一层Ag、Ga、N共同掺杂的ZnO薄膜。本实施方式的多光区发光Ag、Ga、N掺杂ZnO薄膜，在衬底上磁控溅射Ag、Ga、N双受主施主共掺杂的ZnO薄膜，通过掺杂元素Ga和N来调节和控制ZnO薄膜在紫光波段的发光，而Ag的掺杂一方面提高了激子的浓度，促进了 Oi的形成，从而有效的增加了 ZnO薄膜在紫外和可见光区域的发光强度，另一方面提高了 ZnO薄膜中中性施主束缚激子的浓度， 在低温光致发光谱谱中得到了位于3. 359eV的发光峰。掺杂时，由于N的形成能较高，不容易掺进ZnO的晶格中，本专利技术通过加入Ga和Ag形成Ga-N或者Ag-N复合体，从而能够增加 ZnO薄膜的N的掺杂含量。本专利技术通过这种双受主施主掺杂方法，在提高发光强度的同时得到了在紫外光、紫光、红橙光区域同时发光的ZnO薄膜。具体实施方式二 本实施方式与具体实施方式一不同的是所述的衬底为硅或石英玻璃。其它与具体实施方式二相同。具体实施方式三本实施方式的多光区发光Ag、Ga、N掺杂ZnO薄膜的制备方法按以下步骤进行一、靶材的制备按质量百分比称取99. I % 99. 6%的ZnO粉末和O. 9% O. 4% 的Ga2O3粉末并混合均匀，加入到模具中，在温度为1000°C 1300°C、压力为5 20MPa的条件下压制4 6h,得到直径为60mm 100mm、厚度为3mm 5mm的陶瓷片，然后将占陶瓷片面积1% 2%的Ag片贴到陶瓷片中心位置，得到靶材；其中ZnO粉末的纯度>99. 99%, 粒度为O. 2μπι 2μ ，Ga2O3粉末的纯度彡99. 99%，粒度为0·2μπι 2μπι;二、将步骤一制备的靶材和衬底放到射频磁控溅射镀膜机中，其中控制靶材与衬底距离为8cm 9cm，将溅射室抽真空至真空度为9 X 10_4Pa I X 10 ,然后按N2和O2的体积比为2 3将队和02的混合气体通入到溅射室内，保持溅射室的压强为IPa，在衬底温度为290 310°C、溅射功率为60W 80W的条件下，溅射Ih I. 5h，得到膜片；三、将步骤三得到的膜片放温度为530 560°C的马弗炉中退火Ih I. 5h，得到多光区发光Ag、Ga、N掺杂ZnO薄膜。本实施方式采用磁控溅射法在衬底上制备了 Ag、Ga、N双受主施主共掺杂的ZnO薄膜，通过掺杂元素Ga和N来调节和控制ZnO薄膜在紫光波段的发光，而Ag的掺杂一方面提高了激子的浓度，促进了 Oi的形成，从而有效的增加了 ZnO薄膜在紫外和可见光区域的发光强度，另一方面提高了 ZnO薄膜中中性施主束缚激子的浓度，在低温光致发光谱谱中得到了位于3. 359eV的发光峰。同时由于N的形成能较高，不容易掺进ZnO的晶格中，通过加入Ga和Ag形成Ga-N或者Ag-N复合体，从而能够增加ZnO薄膜的N的掺杂含量。本实施方式通过这种双受主施主掺杂方法，在提高发光强度的同时得到了在紫外光、紫光、红橙光区域同时发光的ZnO薄膜。具体实施方式四本实施方式与具体实施方式三不同的是步骤二中所述的衬底为硅或石英玻璃。其它与具体实施方式三相同。具体实施方式五本实施方式与具体实施方式三或四不同的是步骤一中按质量百分比称取99. 2 % 99. 5 %的ZnO粉末和O. 5 % O. 8 %的G本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：孟祥龙，林倩茹，雷黎，蔡伟，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：
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