p型ZnO薄膜的制備及其特性的研究.pdf

1、氧化鋅是一種多用途的Ⅱ-Ⅵ族寬帶隙半導(dǎo)體材料。由于具有優(yōu)異的壓電、光電特性,ZnO 被廣泛用于太陽能電池、表面聲波、壓電和氣敏器件。此外，ZnO 還具有激子束縛能高（ZnO：60meV,GaN：21-25meV）、抗輻射能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。ZnO 獨(dú)特的性質(zhì)使得它在紫外光探測(cè)器、藍(lán)光發(fā)光二極管和短波長激光器等領(lǐng)域具有相當(dāng)誘人的應(yīng)用前景。 自從1996 年首次報(bào)道ZnO 室溫下光泵浦紫外受激發(fā)射以來，ZnO 作為寬帶隙半導(dǎo)體材料的研究越

2、來越受到人們的重視。研究的范圍已經(jīng)涵蓋了ZnO 體單晶、納米ZnO、量子點(diǎn)、量子線等材料的生長和特性的研究以及ZnO 的p 型摻雜，在短短幾年內(nèi)對(duì)ZnO 的研究就取得了很大的進(jìn)展。不過，于2002 年10 月在美國召開的ZnO 國際學(xué)術(shù)會(huì)議上，各國學(xué)者一致認(rèn)同：國際上還沒有可重復(fù)的制備電學(xué)性能和穩(wěn)定性較好的p 型ZnO 薄膜的方法； 2006 年9 月，Q.Wan 也在Applied Physics Letters 上發(fā)表評(píng)論說

3、：低阻、高遷移率p 型ZnO的制備仍然是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)?？梢?，p 型ZnO 的制備仍然是目前擺在世界各國科學(xué)家面前的重要課題，是研制電注入p-n 結(jié)型ZnO 基器件必須解決的關(guān)鍵和難點(diǎn)。 本論文主要采用自行設(shè)計(jì)并改進(jìn)的超聲霧化熱分解系統(tǒng)，通過優(yōu)化生長工藝條件和降低薄膜生長速率制備出高度c 軸擇優(yōu)的p 型ZnO 薄膜，應(yīng)用Hall、XRD、XPS 和SIMS 等手段對(duì)ZnO 薄膜的電學(xué)和結(jié)構(gòu)性能進(jìn)行了表征分析，重點(diǎn)討論了超聲噴霧熱

4、分解系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和改進(jìn)，研究了各工藝條件如襯底溫度、摻雜配比、沉積時(shí)間和襯底對(duì)ZnO 薄膜性能的影響。主要結(jié)論如下： 1、設(shè)計(jì)出簡單實(shí)用的噴頭，簡化了設(shè)備的操作，大大提高了實(shí)驗(yàn)的重復(fù)性和ZnO 薄膜的晶體質(zhì)量； 2、襯底溫度為440℃時(shí)可制備電學(xué)性能較好的p型ZnO薄膜，同時(shí)薄膜晶體質(zhì)量和透過率較好。該溫度下我們?cè)谄胀úＡШ蚦orning7059 玻璃襯底上，Zn、N、Al原子比分別為1：3：0.10 和1：3：0.07

5、時(shí)制備出電學(xué)性能最好的p型ZnO薄膜，相應(yīng)的電學(xué)參數(shù)為：普通玻璃上薄膜電阻率8.1.·cm、遷移率4.3cm2·V-1·s-1、載流子濃度1.8×1017cm-3；7059 玻璃上薄膜電阻率3.58.·cm、遷移率2.17 cm2·V-1·s-1、載流子濃度8.01×1017cm-3； 3、襯底溫度合適時(shí)，前驅(qū)溶液的濃度對(duì)薄膜的電學(xué)性能影響不明顯； 4、不同襯底上薄膜電學(xué)特性有很大差別，其中相同條件下普通玻璃和corni