2023年全國(guó)碩士研究生考試考研英語(yǔ)一試題真題(含答案詳解+作文范文)_第1頁(yè)
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1、氧化鋅(ZnO)是一種重要的化合物半導(dǎo)體光電材料,它具有良好的物理特性:直接帶隙能帶結(jié)構(gòu)、室溫禁帶寬度3.37eV、激子束縛能60meV,是制備紫外發(fā)光二極管、特別是制備室溫紫外半導(dǎo)體激光器的優(yōu)選材料。可是性能良好的P型ZnO材料的制備問(wèn)題一直以來(lái)成為實(shí)現(xiàn)ZnO基發(fā)光器件突破的瓶頸。近幾年來(lái),盡管國(guó)際上P型ZnO薄膜的制備取得了重要進(jìn)展,但是可實(shí)用的ZnO發(fā)光器件仍沒有制備成功。特別是在用金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積(MOCVD)法生長(zhǎng)ZnO薄

2、膜及其P型摻雜方面,還需要更多的研究,否則ZnO基發(fā)光器件將難以產(chǎn)業(yè)化。在這樣的背景下,本論文開展ZnO薄膜的MOCVD生長(zhǎng)及其摻雜性質(zhì)研究。 本論文主要是采用自制常壓MOCVD系統(tǒng),以去離子水(H<,2>O)和二乙基鋅(DEZn)為源材料,在藍(lán)寶石(0001)襯底上進(jìn)行ZnO薄膜的制備、摻雜等相關(guān)內(nèi)容研究。在課題研究過(guò)程中,本文主要獲得了以下一些有意義和有創(chuàng)新性的研究結(jié)果: 1、首次提出了在外延層生長(zhǎng)過(guò)程中引入少量腐蝕

3、性氣體來(lái)提高ZnO薄膜的晶體質(zhì)量。研究實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,在外延層生長(zhǎng)過(guò)程中引入少量的H<,2>和NH<,3>都有利于提高ZnO的晶體質(zhì)量,但是引入H<,2>將會(huì)影響ZnO薄膜的表面形貌和電學(xué)性能,而引入少量的NH<,3>后,ZnO薄膜的表面形貌、晶體質(zhì)量、室溫電子遷移率、低溫10K下的激子發(fā)光及其聲子伴線均變好,其(0002)和幾何傾斜對(duì)稱(10-12)面的雙晶X射線衍射(DCXRD)Omega(ω)搖擺曲線半峰寬(FWHM)分別為132弧

4、秒(″)和235弧秒(″)。金相顯微鏡結(jié)果顯示ZnO薄膜中的平均晶粒尺寸直徑大小20μm,為當(dāng)前文獻(xiàn)中MOCVD法生長(zhǎng)ZnO薄膜的最大值,本文的這一實(shí)驗(yàn)結(jié)果也正好體現(xiàn)了用常壓MOCVD方法生長(zhǎng)ZnO薄膜能獲得大的晶粒尺寸特點(diǎn)。 2、研究了高溫緩沖層厚度、外延層的生長(zhǎng)速率以及富Zn環(huán)境對(duì)ZnO薄膜生長(zhǎng)的影響,優(yōu)化了生長(zhǎng)工藝參數(shù)。在保持較高的晶體質(zhì)量前提下,得到了生長(zhǎng)速率為4.2μm/h的ZnO單晶薄膜。據(jù)我們所知,這一生長(zhǎng)速率是目

5、前文獻(xiàn)用MOCVD生長(zhǎng)ZnO薄膜的最大報(bào)道值,較快生長(zhǎng)速率和較高結(jié)晶質(zhì)量對(duì)今后ZnO薄膜的規(guī)模化生產(chǎn)是十分有利的。 3、采用常壓MOCVD方法在藍(lán)寶石(0001)襯底上成功地制備出高質(zhì)量的、高可見光透過(guò)率的、低電阻率的Al摻雜型ZnO透明導(dǎo)電薄膜(AZO),其(0002)和(10-12)面DCXRD的ω?fù)u擺曲線FWHM分別為289″和406″。據(jù)我們所知,這是首次報(bào)道AZO薄膜有幾何傾斜對(duì)稱(10-12)面DCXRD的ω?fù)u擺曲線

6、結(jié)果。本文制備出的AZO透明導(dǎo)電薄膜的可見光透過(guò)率超過(guò)90%,電阻率在9.72×10<'-4>Ω.cm 范圍內(nèi)。這些參數(shù)與目前文獻(xiàn)報(bào)道所制備的AZO薄膜最好的結(jié)果相當(dāng)。 4、利用常壓MOCVD技術(shù)以氨氣(NH<,3>)作為摻雜源進(jìn)行ZnO薄膜的p型摻雜研究,對(duì)NH<,3>摻雜溫度、NH<,3>摻雜方式以及NH<,3>摻雜流量等重要影響參數(shù)進(jìn)行了探討。在優(yōu)化的條件下,通過(guò)NH<,3>摻雜最終獲得了p型ZnO薄膜。金相顯微鏡和DCX

7、RD測(cè)試結(jié)果表明,該p型ZnO薄膜具有平整的薄膜表面和好的結(jié)晶性能,其(0002)和(10-12)面的的ω?fù)u擺曲線FWHM分別為246″和368″。光致發(fā)光(PL:Photoluminescence)測(cè)試結(jié)果表明,該p型ZnO薄膜的10K低溫和室溫PL中都能觀察到非常強(qiáng)的與N替代O受主相關(guān)的發(fā)光峰。室溫霍爾測(cè)量結(jié)果表明:p 型 ZnO 薄膜的空穴濃度約為10<'16>~10<'17>cm<'-3>,遷移率為3~10cm<'2>/V.S。

8、該p型ZnO薄膜為研制ZnO同質(zhì)p-n結(jié)奠定了良好的基礎(chǔ)。 5、采用常壓MOCVD方法在藍(lán)寶石襯底上用Al和N做摻雜劑生長(zhǎng)了具有p-n結(jié)構(gòu)的ZnO同質(zhì)結(jié)外延材料。采用Ti/Au和Ni/Au合金分別做n型和p型ZnO薄膜的歐姆接觸,制備出ZnO同質(zhì)p-n結(jié)芯片。在室溫下,該ZnO同質(zhì)p-n結(jié)具有典型的二極管整流I-V特性,開啟電壓約為5 V(正向電流100μA時(shí)),反向電壓高達(dá)20V(反向電流10μA時(shí))。這一結(jié)果要明顯優(yōu)于文獻(xiàn)報(bào)

9、道的結(jié)果。據(jù)我們所知,20V的反向電壓是目前報(bào)道ZnO同質(zhì)p-n結(jié)的最大值。對(duì)本文所制備的ZnO同質(zhì)p-n結(jié)的穩(wěn)定性測(cè)試實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:本文用NH<,3>做摻雜源獲得的p型ZnO的性能穩(wěn)定。 本文以上研究結(jié)果從材料生長(zhǎng)手段常壓MOCVD系統(tǒng)的角度來(lái)說(shuō),均屬國(guó)際首次。本文相關(guān)研究結(jié)果已在《Journal of Crystal Growth》、《Journal of Luminescence》以及《Materials Science

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