Tb摻雜ZnO薄膜和高K柵介質(zhì)Er-,2-O-,3-薄膜的制備及特性研究.pdf

1、本論文主要包括兩方面的內(nèi)容：退火及Tb摻雜對(duì)ZnO薄膜結(jié)構(gòu)，電學(xué)和光學(xué)特性的影響；硅基高K柵介質(zhì)Er2O3薄膜的制備及特性研究。 ZnO是一種重要的寬帶隙半導(dǎo)體材料。由于它在太陽(yáng)能電池，壓電器件，以及發(fā)光二極管等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景。已經(jīng)引起了許多研究者的關(guān)注，本論文第一部分主要研究了退火和Tb摻雜對(duì)多晶ZnO薄膜結(jié)構(gòu)，電學(xué)及發(fā)光特性的影響。 采用射頻反應(yīng)濺射法，成功制備了高度取向的多晶ZnO薄膜，通過(guò)不同溫度的退火處理

2、，研究了退火對(duì)ZnO薄膜結(jié)構(gòu)和發(fā)光特性的影響。由X射線衍射得知，隨著退火溫度的升高，晶粒逐漸變大，薄膜中壓應(yīng)力由大變小至出現(xiàn)張應(yīng)力。PL測(cè)量顯示樣品在430nm附近有一光致發(fā)光峰，這在國(guó)際上屬首次發(fā)現(xiàn)。聯(lián)合樣品電阻率的變化及能級(jí)圖，我們認(rèn)為ZnO的藍(lán)光發(fā)射主要來(lái)源于薄膜中的鋅填隙原子缺陷。 用射頻反應(yīng)共濺射法在Si襯底上制備出了鋱(Tb)摻雜ZnO透明導(dǎo)電薄膜。研究了Tb摻雜量和襯底溫度對(duì)ZnO薄膜結(jié)構(gòu)、電學(xué)和光學(xué)特性的影響。在

3、最佳沉積條件下我們制備出良好C軸取向，電阻率為9.34x10-4Ωcm，且可見(jiàn)光段平均透過(guò)率大于80％的ZnO：Tb透明導(dǎo)電材料。通過(guò)對(duì)ZnO：Tb薄膜發(fā)光研究，我們認(rèn)為ZnO：Tb可能在氧化物發(fā)光二極管中得到廣泛的應(yīng)用。關(guān)于ZnO：Tb的制備及應(yīng)用研究，國(guó)際上還沒(méi)有其他研究小組報(bào)道。 隨著集成電路的發(fā)展，傳統(tǒng)的SiO2柵介質(zhì)正日益趨于它的極限。因此，各種各樣的高k材料被用來(lái)研究作為SiO2柵介質(zhì)的可能的替代物質(zhì)。氧化鉺由于具有

4、較高的介電常數(shù)，大的帶隙偏移和良好的化學(xué)穩(wěn)定性被認(rèn)為可能是一種很有應(yīng)用前景的柵介質(zhì)材料。 在本論文的第二部分里，我們主要研究高k柵介質(zhì)Er2O3的生長(zhǎng)及其特性。首先我們第一次實(shí)現(xiàn)了Er2O3薄膜在Si(100)和Si(111)襯底上的單晶生長(zhǎng)。Er2O3薄膜在Si(100)上的外延關(guān)系為Er2O3(110)//Si(100)或者Er2O3(100)//Si(100)。Er2O3薄膜在Si(111)上的外延關(guān)系為Er2O3(111

5、)//Si(111)。其次我們利用光電子能譜首次對(duì)Er2O3薄膜的能帶偏移進(jìn)行了研究。結(jié)果顯示，Er2O3相對(duì)于Si的價(jià)帶和導(dǎo)帶偏移分別為3.1±0.1eV和3.5±0.3eV。Er2O3的禁帶寬度為7.6±0.3eV。 用反應(yīng)蒸發(fā)方法成功制備了極薄Er2O3薄膜(～4.5nm)。AES，XRD，RHEED和TEM測(cè)量分別證明了樣品是化學(xué)劑量比，非晶結(jié)構(gòu)的Er2O3薄膜。對(duì)于非晶Er2O3薄膜的制備，這在國(guó)際上尚屬首次。對(duì)高真空