ZnO∶Mo薄膜的结构分析
图1中的特征谱线与ZnO薄膜六角纤锌矿结构的特征谱线相吻合,表明在掺入钼原子以后,ZnO薄膜并没有改变其结构或形成新的晶格结构。这说明Mo是以替代Zn的形式而形成ZMO薄膜的。最强的ZnO(002)晶面衍射峰出现在2θ为3413°附近;较弱的ZnO(004)晶面衍射峰出现在2θ为7213°附近;并且(002)晶面衍射峰强度比(004)晶面衍射峰强度大100 倍左右,表明ZMO薄膜具有良好的c 轴取向;ZMO薄膜(002)衍射峰的半高宽(FWHM)只有0136°左右,表明薄膜良好的结晶性能。
晶粒尺寸根据Scherrer公式D=0.89λ/ Bcos(θ)计算,其中D为晶粒尺寸;λ为X 射线波长; B为衍射峰的半高宽;θ为衍射峰所对应的衍射角,对应图1(a)～图1(c)中的衍射峰分别得到三种掺杂量的ZMO薄膜晶粒尺寸为24nm、2212nm、23nm,可以看出,本研究中掺杂量的改变范围对ZMO薄膜的晶格结构以及晶粒尺寸的影响不大。
图1 用不同钼含量的锌靶在200 ℃下制备的ZnO∶Mo薄膜的XRD图谱
ZMO薄膜晶格常数的计算可根据下面的公式:
其中h、k、l为晶面指数; a、c为晶格常数; d 为晶面间距。由Bragg 公式可知,晶格常数的精确度取决于sinθ的精确度,当衍射线测量误差Δθ一定时,越接近90°(θ) 的衍射线,其sinθ值误差越小, d值的误差也越小,因此应尽量选用高角度的衍射线条测量晶格常数. 表1数据是取ZMO(004)晶面衍射峰所对应的衍射角计算的结果。可以看出,ZMO薄膜的c轴比体材料ZnO的c 轴(015205nm)拉长了;并且随着掺杂量的增加,c 轴有继续增长的趋势,即晶面间距也有增大的趋势。根据Bragg 公式,在X 射线波长一定的情况下,晶面间距的增大必将引起衍射峰所对应衍射角的减小,这正好和XRD测试数据相吻合,如表1所示。这与Mass等采用PLD法制备ZAO薄膜时的结果一致;徐自强等用sol2gel 方法在玻璃上制备铝掺杂的ZnO透明导电薄膜,也发现了类似的现象。
表1 在不同钼掺杂下的ZMO薄膜的晶格常数
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