(0001)Zn極性面上ZnO生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)研究.pdf

1、近年來(lái)，隨著寬禁帶化合物半導(dǎo)體制備技術(shù)的不斷發(fā)展，以GaN和ZnO基半導(dǎo)體為代表的材料在光電子器件和微納尺度電子器件得到普遍應(yīng)用，受到人們廣泛地關(guān)注。ZnO基半導(dǎo)體由于具有較寬禁帶寬度和較大的激子束縛能等特點(diǎn)，使其在發(fā)光二極管、激光器等諸多器件中有著明顯的優(yōu)勢(shì)，其高質(zhì)量ZnO單晶薄膜的制備為當(dāng)今半導(dǎo)體研究的熱點(diǎn)。
　　本論文圍繞ZnO在(0001)Zn極性表面上的晶體動(dòng)力學(xué)微觀機(jī)制、表面動(dòng)力學(xué)生長(zhǎng)過(guò)程、以及高質(zhì)量ZnO薄膜可控生長(zhǎng)

2、，從理論和實(shí)驗(yàn)兩方面開(kāi)展研究。采用第一性原理計(jì)算方法，計(jì)算Zn原子、ZnO分子、Zn3O1以及Zn1O3團(tuán)簇四種典型沉積單體模型的系統(tǒng)總能、擴(kuò)散勢(shì)壘以及單體間相互作用能等晶體動(dòng)力學(xué)參量;采用動(dòng)力學(xué)蒙特卡羅方法模擬了ZnO生長(zhǎng)初期的表面形貌、生長(zhǎng)演化過(guò)程的島數(shù)目和尺寸變化以及生長(zhǎng)晶體的結(jié)構(gòu)和質(zhì)量等一系列生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)結(jié)果。Zn原子單體易于均勻沉積于ZnO晶體的纖鋅礦結(jié)構(gòu)位;ZnO分子單體則易于沉積于閃鋅礦結(jié)構(gòu)位，但所沉積單體分布零散，難于聚集

3、成核;Zn3O1團(tuán)簇單體更易于沉積聚集于纖鋅礦位，其島尺寸、纖鋅礦結(jié)構(gòu)相成分比以及生長(zhǎng)維度隨著溫度升高而增大，但單一相區(qū)域還存在一定數(shù)量的孔洞;Zn1O3團(tuán)簇單體聚集最致密，溫度變化較難改變其纖鋅礦結(jié)構(gòu)相成分比、聚集島數(shù)目和尺寸以及生長(zhǎng)維度。通過(guò)分子束外延在ZnO(0001)Zn極性襯底表面上的同質(zhì)外延生長(zhǎng)了ZnO薄膜。其中在富鋅條件下生長(zhǎng)的ZnO薄層具有單一纖鋅礦結(jié)構(gòu)相，但其構(gòu)成的晶粒間存在凹陷;在富氧條件生長(zhǎng)的ZnO薄層則出現(xiàn)了類(lèi)似