雷射輻照對氧化鋅薄膜載流子濃度調控技術研究

《雷射輻照對氧化鋅薄膜載流子濃度調控技術研究》是依託北京工業大學，由蔣毅堅擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：雷射輻照對氧化鋅薄膜載流子濃度調控技術研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：蔣毅堅
• 依託單位：北京工業大學

項目摘要

本項目擬通過研究雷射輻照氧化鋅薄膜的技術參數與薄膜光致發光譜、載流子濃度間的相互關係，實現雷射輻照調控氧化鋅薄膜載流子濃度的新方法；在此基礎上，揭示不同載流子濃度的氧化鋅薄膜近帶邊發射的機理。首先研製248 nm準分子雷射均束器，建立準分子雷射輻照功能材料實驗系統；然後，系統研究雷射波長、功率密度、輻照時間、輻照方式、環境氣氛等對雷射輻照氧化鋅薄膜光致發光譜、載流子濃度的影響規律；隨後，對雷射輻照氧化鋅薄膜進行晶格結構、成分、微結構、施主缺陷濃度表征，研究其與雷射輻照技術參數間的關係；在此基礎上，從雷射輻照工藝- - 缺陷濃度- - 光致發光性能的關係出發，綜合分析雷射輻照導致氧化鋅薄膜載流子濃度變化的機理，並實現其有效控制。本項目研究結果，對提高和局域調控氧化鋅基光電器件的性能將提供擁有自主智慧財產權的技術基礎。經文獻和專利檢索，目前還未見相關報導。

結題摘要

本項目提出並研究採用雷射輻照調控氧化鋅薄膜載流子濃度的新技術，在此基礎上研究不同載流子濃度的氧化鋅薄膜近帶邊發射的機理。首先，自主研製了248 nm準分子雷射複眼均束器，自主設計並建立了雷射輻照功能材料實驗系統，可以在密閉環境氣氛下進行輻照實驗。系統研究了雷射波長、輻照功率密度、輻照時間以及環境氣氛等對氧化鋅薄膜以及氧化鋅單晶光致發光、載流子濃度的影響規律；發現準分子雷射輻照於薄膜表面時，熱效應和光化學效應並存，使得薄膜輻照層內的淺施主缺陷（氧空位或者鋅填隙）大量增加，從而降低了薄膜的表面電阻率，提高了薄膜的導電性，實現了本徵氧化鋅薄膜的載流子濃度1015～1019cm-3範圍內的連續調控。雷射輻照大大增強了氧化鋅薄膜的紫外發射強度，研究了載流子濃度與紫外發射強度相互關聯的規律，揭示了不同缺陷濃度的氧化鋅薄膜室溫下的近帶邊紫外發射機理，室溫下氧化鋅薄膜的紫外發射包括自由激子複合FX及其聲子伴線複合FX-LO，FX與FX-LO的發射強度都與缺陷濃度有直接的關係，隨著缺陷增多，薄膜的FX發射強度降低，而其聲子伴線FX-LO的強度增加，相對強度比FX/FX-LO決定了室溫下紫外UV發射峰的強度和位置甚至形狀。準分子雷射輻照後，氧化鋅單晶以及不同生長方法製備的氧化鋅薄膜（PLD技術以及MOCVD）都表現出相似的光電特性，說明雷射輻照對於氧化鋅類材料具有普適性。通過偏振螢光的方法從未經極化處理的退火氧化鋅單晶的螢光光譜中直接觀察到了氧空位和鋅空位各自的螢光峰。在該項目研製的雷射輻照功能材料系統中，輔之開展研究了雷射輻照對氧化物單晶、PVDF等高分子材料的表面浸潤性影響，發現了一些有趣的雷射輻照效應。在本項目的支持下發表SCI收錄論文 9 篇，EI收錄論文 7 篇。已申請國家發明專利和實用新型專利5項、獲得國家發明專利授權1項。