采用溶膠-凝膠法制備MgxZn1 - xO 薄膜，利用X 射線衍射儀、原子力顯微鏡、傅里葉變換紅外光譜儀和熒光光譜儀等測試分析薄膜的微結構、表面形貌、紅外光譜和光致發光特性等，研究結果表明，薄膜中的ZnO 成分均呈六角纖鋅礦結構，當x = 0.15 時，薄膜中有MgO 成分析出；隨著x 從0 增大到0.15，均方根粗糙度不斷減小；1038 cm- 1 附近的吸收峰對應于Si-O-Si的對稱和反對稱伸縮振動模， 408cm^-1附近的吸收峰對應于六角結構ZnO 的Zn-O 振動模，900 cm^{- 1} 附近的吸收峰則對應于Si-O 鍵伸縮振動模，該吸收峰強度的減弱說明薄膜中Si-O 鍵數目減少。近帶邊發射峰位由410 nm 藍移到370 nm 與薄膜導帶底或價帶頂的局域能級、薄膜禁帶寬度變化等因素有關，可見光發射帶是單離子氧空位(VO +) 和氧填隙(Oi) 等薄膜本征缺陷相互競爭的結果。用接觸角測試儀測試薄膜的表面接觸角，研究Mg 含量對薄膜的表面浸潤性及其光誘導可逆轉變的影響，并探討其形成機理。

　　ZnO是一種重要的n 型寬禁帶半導體材料，禁帶寬度3.37 eV，室溫激子結合能約為60 meV，遠大于GaN 的25 meV。因其獨特的光電特性，ZnO 基薄膜材料在太陽能電池、透明導電ZnO 薄膜電極、表面聲波器件、氣敏傳感器、光催化、紫外發光器件、可見光發射等領域具有廣泛的應用前景，受到科研工作者的廣泛關注。

　　人們通過改變摻雜元素和摻雜量以提高ZnO 薄膜的成膜質量和光電性能，對Mg 摻雜ZnO 薄膜開展研究工作的課題組較多，大部分的工作是研究Mg 含量對ZnO 薄膜禁帶寬度和光致發光特性影響，而有關Mg 摻雜ZnO 薄膜紅外特性的研究工作相對較少。考慮到紅外光譜可以探測薄膜與基片的界面特性，而界面對薄膜的微結構、表面形貌及其表面浸潤性影響較大，因此，研究紅外光譜和表面浸潤性及其二者之間的關系具有重要意義。人們采用多種方法，如脈沖激光沉積技術( PLD) 、磁控濺射技術、化學氣相沉積技術(CVD) 、熱蒸發、分子束外延和溶膠-凝膠技術等制備ZnO 薄膜，溶膠-凝膠法因其設備簡單、無需真空環境、制備成本低廉、易于原子水平摻雜、成膜均勻性好等優點成為一種重要的ZnO 薄膜制備方法。

　　本文采用溶膠-凝膠法制備了不同Mg 含量MgxZn1-xO 薄膜，研究了Mg 含量對MgxZn1-xO 薄膜微結構和表面形貌的影響，研究MgxZn1-xO薄膜的傅里葉紅外光譜和光致發光譜，并探討其形成機理，研究了MgxZn1-xO 薄膜的表面浸潤性及其光誘導可逆轉變。

1、實驗方法

　　1.1、樣品制備

　　采用溶膠-凝膠法在雙拋Si 片上制備MgxZn1-xO( x = 0，0.05，0.10，and 0.15) 薄膜，Si 片依次在丙酮溶液中、去離子水中超聲清洗15 min，最后在60°C條件下烘干備用。實驗所用化學試劑均為分析純，將摩爾比為(1 - x ) : x 的二水合醋酸鋅( Zn( CH3COO) 2H2O) 與四水合乙酸鎂( C4H6O4Mg·4H2O) 溶于80 mL 乙二醇甲醚中，形成金屬離子總濃度為0. 5 mol /L 溶液，然后向溶液中加入與金屬離子等物質量的乙醇胺作為穩定劑。該溶液在60℃水浴條件下磁力攪拌2 h，形成均一透明溶膠，溶膠用于鍍膜之前陳化24 h。鍍膜過程如下: 首先在低速條件下滴加溶膠，隨后在高速條件下形成旋轉30 s，形成的濕膜在150℃條件下熱處理10 min 后自然冷卻，上述過程重復10 次，獲得所需厚度的薄膜，最后，將薄膜放入管式爐中，在700℃的大氣氛圍中進行退火處理，時間為60 min。

　　1.2、薄膜結構和性能表征

　　用MACM18XHF 型X 射線衍射儀( XRD，CuKα，波長λ = 0. 15405 nm) 測試薄膜的XRD 圖譜，管流為100 mA，管壓為40 kV，掠射角為2°，掃描速度為8° /min，掃描角度范圍為30° ～ 80°；利用CSPM-4000 型原子力顯微鏡( AFM) 測試薄膜的表面形貌，掃描方式為接觸式，掃描范圍3000 nm × 3000 nm;用VERTEX 80 傅里葉紅外顯微聯機系統測試薄膜的紅外光譜，掃描范圍為4000 ～ 400 cm - 1 ；用HITACHIF - 4500 型熒光光譜儀測試薄膜的室溫光致發光譜，氙燈的激發波長選擇325 nm，光譜范圍選擇350 ～ 600 nm。用自制接觸角測試儀測試光照前和光照2 h 后薄膜的表面接觸角，光照用低壓汞燈的波長為254 nm，功率為36 W，燈樣距為10 cm。然后，將薄膜樣品放置在黑暗環境中放置一段時間，再用接觸角測試儀測試薄膜的表面接觸角，研究薄膜表面浸潤性及其光誘導可逆轉變。

3、結論

　　采用溶膠-凝膠法在雙拋Si 片上制備出MgxZn1 - xO( x = 0，0.05，0.10，和0.15) 薄膜，研究了MgxZn1 - xO 薄膜的微結構、表面形貌、傅里葉紅外光譜和光致發光特性，結果顯示，除了Mg0.15 Zn0.85O 薄膜以外，其它薄膜中只觀察到六角纖鋅礦結構ZnO的衍射峰，當x = 0. 05 時，薄膜的c 軸擇優取向最為明顯。隨著x 不斷增大，顆粒分布均勻，粗糙度下降，近帶邊發射峰位由410 nm 藍移至370 nm，可見光發射帶的峰位先藍移后紅移。408 cm -1 附近的紅外吸收峰說明薄膜中存在六角結構ZnO，900 cm - 1吸收峰的強度隨Mg 摻雜量的增加而減弱，說明薄膜中Si-O 鍵數目減少。光照前薄膜表面接觸角是其表面自由能和表面粗糙度共同作用的結果，光照后薄膜的接觸角則與其r 值和非極性面與極性面的比值密切相關。