ZnO∶Mo薄膜的結構分析

2009-04-02 王三坡復旦大學材料科學系

圖1中的特征譜線與ZnO薄膜六角纖鋅礦結構的特征譜線相吻合,表明在摻入鉬原子以后,ZnO薄膜并沒有改變其結構或形成新的晶格結構。這說明Mo是以替代Zn的形式而形成ZMO薄膜的。最強的ZnO(002)晶面衍射峰出現在2θ為3413°附近;較弱的ZnO(004)晶面衍射峰出現在2θ為7213°附近;并且(002)晶面衍射峰強度比(004)晶面衍射峰強度大100 倍左右,表明ZMO薄膜具有良好的c 軸取向;ZMO薄膜(002)衍射峰的半高寬(FWHM)只有0136°左右,表明薄膜良好的結晶性能。

晶粒尺寸根據Scherrer公式D=0.89λ/ Bcos(θ)計算,其中D為晶粒尺寸;λ為X 射線波長; B為衍射峰的半高寬;θ為衍射峰所對應的衍射角,對應圖1(a)～圖1(c)中的衍射峰分別得到三種摻雜量的ZMO薄膜晶粒尺寸為24nm、2212nm、23nm,可以看出,本研究中摻雜量的改變范圍對ZMO薄膜的晶格結構以及晶粒尺寸的影響不大。

圖1 　用不同鉬含量的鋅靶在200 ℃下制備的ZnO∶Mo薄膜的XRD圖譜

ZMO薄膜晶格常數的計算可根據下面的公式:

其中h、k、l為晶面指數; a、c為晶格常數; d 為晶面間距。由Bragg 公式可知,晶格常數的精確度取決于sinθ的精確度,當衍射線測量誤差Δθ一定時,越接近90°(θ) 的衍射線,其sinθ值誤差越小, d值的誤差也越小,因此應盡量選用高角度的衍射線條測量晶格常數. 表1數據是取ZMO(004)晶面衍射峰所對應的衍射角計算的結果。可以看出,ZMO薄膜的c軸比體材料ZnO的c 軸(015205nm)拉長了;并且隨著摻雜量的增加,c 軸有繼續增長的趨勢,即晶面間距也有增大的趨勢。根據Bragg 公式,在X 射線波長一定的情況下,晶面間距的增大必將引起衍射峰所對應衍射角的減小,這正好和XRD測試數據相吻合,如表1所示。這與Mass等采用PLD法制備ZAO薄膜時的結果一致;徐自強等用sol2gel 方法在玻璃上制備鋁摻雜的ZnO透明導電薄膜,也發現了類似的現象。