NiO-ZnO基半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)及MgNiO固溶體薄膜的制備與性能研究.pdf

1、ZnO作為一種新型的直接寬帶隙光電半導(dǎo)體材料,具有3.37eV的禁帶寬度,且其激子束縛能高達(dá)60meV,使得ZnO成為制備藍(lán)/紫外光光電器件的最有前景的材料,然而如何實(shí)現(xiàn)高效、穩(wěn)定、可靠、可重復(fù)制備的p型ZnO薄膜成為研究最大的難點(diǎn)。NiO薄膜是一種直接禁帶半導(dǎo)體,禁帶寬度為3.7eV,是一種典型的p型半導(dǎo)體,是可與ZnO形成異質(zhì)結(jié)來制備半導(dǎo)體光電器件的非常合適的材料。日盲區(qū)紫外探測器在軍事、民用領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用。常見的AlxGa1-xN

2、和MgxZn1-xO體系的紫外探測器由于各自的缺點(diǎn)很難進(jìn)一步提高性能。而由于NiO和MgO晶體結(jié)構(gòu)的一致和晶格常數(shù)的相似,因而可以獲得高性能的MgxNi1-xO固溶體薄膜,且其帶寬連續(xù)可調(diào)。
　　 本文采用射頻磁控濺射制備和研究了NiO和ZnO薄膜,選擇合適的生長條件,制備NiO/ZnO基異質(zhì)結(jié),研究了其能帶結(jié)構(gòu),并測量其Ⅰ-Ⅴ特性曲線。我們也制備和研究了不同Mg含量的MgNiO固溶體薄膜。具體工作如下:
　　 (1)N

3、iO、ZnO薄膜及NiO/ZnO基異質(zhì)結(jié)的制備與研究。采用射頻磁控濺射制備p型NiO薄膜和n型ZnO薄膜,研究了在不同生長參數(shù)下生長的NiO、ZnO薄膜的性能。研究表明350℃是得到良好電學(xué)性能的p型NiO薄膜的合適溫度。較低的氧含量下,薄膜的電導(dǎo)率與氧分壓的1/4冪成正比。在550℃時(shí)生長的ZnO薄膜的電學(xué)性能最好,450℃時(shí)則具有最好的結(jié)晶性能。通過XPS測量得到NiO/ZnO異質(zhì)結(jié)價(jià)帶帶階為1.47eV,并計(jì)算得到導(dǎo)帶帶階為1.8

4、eV,具有typeⅡ型的能帶結(jié)構(gòu)。Ⅰ-Ⅴ測試表明異質(zhì)結(jié)具有明顯的整流特性,表明成功制備了p-n異質(zhì)結(jié)。
　　 (2)采用射頻磁控濺射在石英襯底上制備了MgxNi1-xO(x=0.25～0.56)薄膜,研究了濺射功率、襯底溫度、Mg組分對MgxNi1-xO薄膜性能的影響。XRD結(jié)果表明MgxNi1-xO是具有(111)擇優(yōu)取向的立方NaCl結(jié)構(gòu)晶體。紫外可見透射光譜測試表明薄膜吸收截止波長隨著Mg含量的增大而藍(lán)移。薄膜中Mg含量達(dá)