TiO2修飾層對ZnO薄膜結構及發光性質的影響

劉 濤，趙小如，侯 恬

(1.商洛學院電子信息與電氣工程學院，陜西 商洛 726000；2.西北工業大學理學院應用物理系，陜西 西安 710072)

TiO2和ZnO都是重要的寬禁帶半導體材料，在光催化、體聲波器件、聲表面波器件、氣敏傳感器、壓敏電阻、太陽能電池、光發射等領域都有廣泛的應用[1-2]。ZnO薄膜具有多項優點，比如生長溫度低、激子結合能高、受激輻射閥值低等[3]。室溫時ZnO薄膜的PL譜，除了3.30 eV(400 nm)附近的本征紫外(UV)發射峰外，在2.29 eV(540 nm)附近往往都會出現一個對應于綠光波段的缺陷發光峰，并向兩邊延伸至黃光和藍光波段[4]。徐彭壽等[5]認為從導帶底到鋅位氧能級的能量差為2.38 eV，很接近于綠光能量，而其他幾種缺陷的能量差相差甚遠。而Zhang S B等[6]根據第一性原理計算，表明氧空位形成能很低，極易形成，它在俘獲光生電子后能與價帶空穴復合，產生綠色發光。TiO2為間接帶隙半導體而ZnO為直接帶隙半導體，其禁帶寬度都在3.2 eV左右[7]。這兩種材料具有功能上的相似性和帶隙的差異性，將兩者進行組合可能會有助于改善材料的光電性質。

制備薄膜的方法很多，包括脈沖激光沉積(PLD)[8]、金屬有機物化學沉積(MOCVD)[9]、磁控濺射(MS)[4]、溶膠-凝膠(Sol-gel)[10]等。其中溶膠-凝膠法與其他制備薄膜工藝相比，具有可在大面積或任意形狀的襯底上成膜，薄膜厚度可在納米級別上調節，摻雜范圍寬，化學計量準確且易于改性，薄膜組分均勻等優點[11]。

本文采用溶膠-凝膠法制備ZnO為基的樣品組，并在其表面鍍上不同層數的TiO2修飾層，在工業生產過程中，表面修飾層對基層物質性質影響很大。……