寬帶隙半導(dǎo)體ZnO(及SiC)薄膜的制備及其物性研究.pdf

1、在半導(dǎo)體材料的發(fā)展中,一般將Si,Ge稱為第一代電子材料,GaAs,InP,GaP,InAs,AlAs等稱為第二代電子材料,而將寬帶隙高溫半導(dǎo)體ZnO,SiC,GaN,AlN以及金剛石等稱為第三代半導(dǎo)體材料。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,對(duì)能在極端條件(如高溫、高頻、大功率、強(qiáng)輻射)下工作的電子器件的需求越來(lái)越迫切。常規(guī)半導(dǎo)體如Si,GaAs等已面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn),故發(fā)展寬帶隙半導(dǎo)體(Eg＞2.3 eV)材料已成為當(dāng)務(wù)之急。
　　在本論文中,我們

2、主要討論了寬帶隙半導(dǎo)體材料ZnO、SiC薄膜的制備及其物性研究。
　　對(duì)于ZnO薄膜,我們采用TFA-MOD(Trifluoroacetate Metalorganic Deposition)方法,制備出平整、致密且有取向的ZnO薄膜。對(duì)ZnO薄膜的制備,反應(yīng)的熱化學(xué)過(guò)程和ZnO薄膜(及ZnO納米體系)的光學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了深入的研究：
　　* ZnO薄膜的制備:我們采用TFA-MOD方法,經(jīng)過(guò)大量試驗(yàn)摸索后,成功制備出平整致密的

3、ZnO取向薄膜。將該法應(yīng)用于ZnO薄膜的制備尚屬首例,至今未見(jiàn)同樣的報(bào)道。
　　* 對(duì)前驅(qū)體的優(yōu)化:在實(shí)驗(yàn)中我們發(fā)現(xiàn),前驅(qū)體溶膠對(duì)最終得到的ZnO薄膜的表面形貌、結(jié)晶質(zhì)量以及其他諸多性質(zhì)都會(huì)產(chǎn)生至關(guān)重要的影響。因此我們把前驅(qū)體溶膠及其老化過(guò)程作為研究的重點(diǎn),解決了困擾多時(shí)的前驅(qū)體氣化問(wèn)題,并指出三氟乙酸鋅的水解是抑制氣化的關(guān)鍵所在,而Zn4O(CF3COO)6是最有可能的水解產(chǎn)物,并給出其空間立體結(jié)構(gòu)。進(jìn)一步加入單乙醇胺(MEA)

4、對(duì)溶膠進(jìn)行優(yōu)化,獲得了更為優(yōu)質(zhì)的ZnO薄膜。
　　* 對(duì)ZnO光致發(fā)光的研究:我們分別就ZnO薄膜和ZnO納米棒兩種體系的光致發(fā)光進(jìn)行了對(duì)比研究。主要探討的對(duì)象是紫外、藍(lán)光、綠光的起源及性質(zhì)。結(jié)果表明380 nm紫外發(fā)光峰為ZnO的近帶邊(NBE)發(fā)射;505 nm綠光的發(fā)光中心為單電離氧空位(Vo+);520 nm綠光則可能是導(dǎo)帶底到OZn陷能級(jí)的躍遷;580和625 nm的黃橙光不是很常見(jiàn),它們的來(lái)源并不十分清楚,但可以肯定的

5、是跟ZnO中的富氧型缺陷有關(guān)。薄膜樣品在900℃熱處理后出現(xiàn)了Zn2SiO4，并顯著增強(qiáng)520 nm綠色發(fā)光，這是由于Si襯底被氧化生成Si02并進(jìn)一步與Zn0反應(yīng)而成。與此相印證的是，我們此前也觀察到高溫?zé)崽幚砗蟮腟i02-Zno復(fù)合體系中存在Zn2Si04。對(duì)Zn2Si04增強(qiáng)綠色發(fā)光的作用機(jī)理進(jìn)行了分析研究得出，Zn2SiO4的形成增大了Zn0的界面和表面，并促使Zn0中的Zn向界面和表面遷移，從而增強(qiáng)了來(lái)源于表面、界面處的520

6、 nm綠色發(fā)光。
　　在SiC薄膜方面，我們用簡(jiǎn)單的方法在Si襯底上分別制備了SiC單晶薄膜和SiC/Si02納米復(fù)合薄膜，對(duì)其各種性質(zhì)進(jìn)行了研究：
　　* 通過(guò)PS/OCS/Si疊層反應(yīng)法，在真空及低壓Ar氣氛中均制備出高質(zhì)量SiC薄膜。在10-3 Pa真空條件下最佳反應(yīng)溫度為1050℃，獲得6H-SiC薄膜，厚度約為0.3μm;而在低壓Ar氣氛下最佳反應(yīng)溫度為1300℃，主要獲得4H-SiC薄膜，厚度約為1.2μm。SE