NiO-ZnO基半導體異質結及MgNiO固溶體薄膜的制備與性能研究.pdf

1、ZnO作為一種新型的直接寬帶隙光電半導體材料,具有3.37eV的禁帶寬度,且其激子束縛能高達60meV,使得ZnO成為制備藍/紫外光光電器件的最有前景的材料,然而如何實現高效、穩(wěn)定、可靠、可重復制備的p型ZnO薄膜成為研究最大的難點。NiO薄膜是一種直接禁帶半導體,禁帶寬度為3.7eV,是一種典型的p型半導體,是可與ZnO形成異質結來制備半導體光電器件的非常合適的材料。日盲區(qū)紫外探測器在軍事、民用領域有廣泛應用。常見的AlxGa1-xN

2、和MgxZn1-xO體系的紫外探測器由于各自的缺點很難進一步提高性能。而由于NiO和MgO晶體結構的一致和晶格常數的相似,因而可以獲得高性能的MgxNi1-xO固溶體薄膜,且其帶寬連續(xù)可調。
　　 本文采用射頻磁控濺射制備和研究了NiO和ZnO薄膜,選擇合適的生長條件,制備NiO/ZnO基異質結,研究了其能帶結構,并測量其Ⅰ-Ⅴ特性曲線。我們也制備和研究了不同Mg含量的MgNiO固溶體薄膜。具體工作如下:
　　 (1)N

3、iO、ZnO薄膜及NiO/ZnO基異質結的制備與研究。采用射頻磁控濺射制備p型NiO薄膜和n型ZnO薄膜,研究了在不同生長參數下生長的NiO、ZnO薄膜的性能。研究表明350℃是得到良好電學性能的p型NiO薄膜的合適溫度。較低的氧含量下,薄膜的電導率與氧分壓的1/4冪成正比。在550℃時生長的ZnO薄膜的電學性能最好,450℃時則具有最好的結晶性能。通過XPS測量得到NiO/ZnO異質結價帶帶階為1.47eV,并計算得到導帶帶階為1.8

4、eV,具有typeⅡ型的能帶結構。Ⅰ-Ⅴ測試表明異質結具有明顯的整流特性,表明成功制備了p-n異質結。
　　 (2)采用射頻磁控濺射在石英襯底上制備了MgxNi1-xO(x=0.25～0.56)薄膜,研究了濺射功率、襯底溫度、Mg組分對MgxNi1-xO薄膜性能的影響。XRD結果表明MgxNi1-xO是具有(111)擇優(yōu)取向的立方NaCl結構晶體。紫外可見透射光譜測試表明薄膜吸收截止波長隨著Mg含量的增大而藍移。薄膜中Mg含量達