n-ZnO-ZnMgO-p-GaN載流子傳輸機制和VO2薄膜太赫茲光譜研究.pdf

1、許多金屬氧化物材料具有獨特的物理化學(xué)性質(zhì)，在光電轉(zhuǎn)換、微電子器件等諸多領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。氧化鋅(ZnO)和二氧化釩(VO2)分別以其優(yōu)異的光電性質(zhì)和獨特的金屬-絕緣體相變特性一直被認(rèn)為是金屬氧化物中較有發(fā)展前景的兩種功能材料。近年來ZnO因其較大的禁帶寬度(3.37eV)、較高的激子束縛能(60meV)等優(yōu)點成為短波長光電子領(lǐng)域新的研究熱點。但是ZnO的p型摻雜非常困難，限制了ZnO基同質(zhì)結(jié)器件的開發(fā)應(yīng)用。為了實現(xiàn)ZnO電注入發(fā)光

2、，研究者制備了ZnO基異質(zhì)結(jié)器件(如n-ZnO/p-GaN)，然而結(jié)果顯示，n-ZnO層的發(fā)光效果很不理想，這是因為電子更容易從n-ZnO層注入到p-GaN層而導(dǎo)致發(fā)光峰主要來自于p-GaN層。為了解決這一困境，研究人員通過引入電子阻擋層（如ZnMgO、AlN、MgO等）來實現(xiàn)ZnO層更好的發(fā)光。由于ZnMgO和ZnO有相似的晶體結(jié)構(gòu)和較小的晶格失配，因此它更適合做n-ZnO/p-GaN異質(zhì)結(jié)中的電子阻擋層。此外，在釩的眾多氧化物中，因

3、為VO2相變溫度最接近室溫(68℃)，同時，薄膜形態(tài)的VO2材料可和微電子工藝集成，所以它成為熱致相變和電致相變領(lǐng)域的研究熱點。這些特性會導(dǎo)致VO2的晶格結(jié)構(gòu)、電學(xué)、光學(xué)和磁學(xué)特性在相變過程中發(fā)生突變，使得其在相變存儲、紅外智能窗和太赫茲(THz)開關(guān)等領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用前景。本論文主要研究結(jié)果如下:
　　(1)采用超聲噴霧熱分解法(USP)，在p-GaN上制備了ZnO和ZnMgO薄膜，構(gòu)造了n-ZnO/p-GaN和n-ZnO/Z

4、nMgO/p-GaN異質(zhì)結(jié)器件。通過變溫的I-V特性曲線研究了n-ZnO/ZnMgO/p-GaN異質(zhì)結(jié)中載流子的運輸機制，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在正向偏壓下，該異質(zhì)結(jié)中的載流子主要以隧道模型傳輸，這就說明ZnMgO電子阻擋層有效地抑制了電子從n-ZnO層向p-GaN層的注入，同時促進(jìn)了空穴從p-GaN層向n-ZnO層的注入，從而增加了ZnO層中的載流子復(fù)合率，實現(xiàn)了ZnO層發(fā)光。
　　(2)采用脈沖激光沉積法(PLD)，在兩種藍(lán)寶石襯底（c-和

5、m-Al2O3）上制備了VO2薄膜。然后對VO2薄膜進(jìn)行X射線衍射(XRD)和掃描電子顯微鏡(SEM)表征。結(jié)果表明，在兩種襯底上生長的VO2薄膜均具有良好的生長取向和均勻的致密分布。此外，通過太赫茲時域光譜技術(shù)(THz-TDS)研究VO2薄膜在0.2～3THz波段的透射性質(zhì)，結(jié)果顯示，相對于m-Al2O3襯底，c-Al2O3襯底生長的VO2薄膜的THz透射振幅強度更大，這說明不同取向的藍(lán)寶石襯底對VO2薄膜的THz透射譜有明顯的影響。