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本论文的主要内容是利用脉冲激光沉积(Pulsed Laser Deposition,PLD)技术来制备ZnSe薄膜材料。研究内容可以分为两部分:一是在不同压强的N<,2>背景气体下,在GaAs衬底上沉积ZnSe纳米薄膜;二是在真空的条件下,在生长一层Au膜的GaAs衬底上制备ZnSe纳米线。
脉冲激光沉积技术是近年来发展起来的一种薄膜制备技术,已成功地用于多种薄膜材料的制备。当前,PLD技术在超导、铁电、半导体、金刚石(类金刚石)等多种功能薄膜以及超硬陶瓷薄膜的制备上显示出广泛地前景。
本论文的第一部分就是选择特制的Zn:Se为1:1的多晶ZnSe材料为靶,利用激光烧蚀产生的等离子体与背景气体分子相互作用沉积的原理,在不同的N<,2>背景气体压强下,在光滑的GaAs衬底上沉积得到不同晶粒尺寸的ZnSe纳米薄膜。利用多种方法对制备的薄膜表面形貌、结构和成份进行了表征。研究发现背景气体N<,2>的压强对构成薄膜的晶粒尺寸有着很大的影响。X射线衍射光谱和场发射扫描电镜的检测结果显示,在衬底为300℃的条件下,组成ZnSe薄膜的晶粒尺寸,随着背景气压的升高而逐渐增大。在背景气体N<,2>的压强为0.1、1和100 Pa 的沉积条件下,通过Scherrer公式可以算出薄膜晶粒的平均尺寸分别为19, 29和71 nm,这比扫描电镜的照片所显示的晶粒尺寸略小。X射线光电子能谱分析显示ZnSe薄膜晶体里掺杂了较多的N原子,N原子浓度大约为10<'21>cm<'-3>。拉曼光谱显示出展宽的ZnSe纵光学声子和横光学声子峰。
由于在电子和光电领域潜在的应用价值,一维半导体结构材料正在吸引越来越多的关注。纳米线或者纳米管形态的一维半导体材料,有利于构成纳米级的半导体器件和集成电路。特别是基于Ⅱ-Ⅵ族的纳米线和纳米点,非常适合制作纳米传感器和纳米探测器。
本论文的第二部分是在真空的条件下,利用脉冲激光沉积的方法制备ZnSe纳米线薄膜。首先在室温条件下,用脉冲激光沉积的方法在GaAs衬底上生长一定厚度的 Au膜作为催化层,Au在衬底上呈岛状分布。然后在背景压强为2x10<'-3>Pa,衬底温度为500℃的条件下,用多晶ZnSe材料为靶脉冲激光沉积ZnSe纳米线薄膜。场发射扫描电镜观察发现在衬底上杂乱的分布着大量的ZnSe纳米线,纳米线平均直径在20和40nm之间,长度大都超过200nm。拉曼光谱分析证实了生长在衬底上的是ZnSe纳米线。样品的x射线衍射光谱显示,生长的ZnSe纳米线的晶向分别为(111)(102),(110)和(112),其中(111)峰明显高出其它的峰。通过Scherrer公式估算出纳米线的尺寸为23 nm,与扫描电镜显示的尺寸较好地符合。