磁控濺射制備ZnO及其摻Al薄膜與MSM紫外光電探測器的研制.pdf

1、隨著紫外探測技術(shù)越來越廣泛地被應(yīng)用于眾多領(lǐng)域，大大推動了寬禁帶半導(dǎo)體的發(fā)展。ZnO是一種直接帶隙寬禁帶半導(dǎo)體材料，在光電器件領(lǐng)域有著光明的應(yīng)用前景，近年來已成為國際上半導(dǎo)體光電材料的研究熱點。目前，高質(zhì)量的ZnO薄膜一般是利用MOCVD或MBE在藍寶石襯底上制備。生產(chǎn)成本高，限制了ZnO材料的潛在應(yīng)用。而磁控濺射技術(shù)是一種簡便應(yīng)用廣泛且技術(shù)成熟的薄膜制備技術(shù)，生產(chǎn)成本低廉，與集成電路平面工藝兼容性好，通過調(diào)節(jié)磁控濺射的工藝參數(shù)制備出高質(zhì)

2、量的ZnO薄膜是很有意義的工作。同時ZnO具有良好的抗高能射線輻射能力，相比其它寬禁帶半導(dǎo)體在制作紫外探測器方面具有獨特的優(yōu)勢。本論文主要工作是研究如何利用簡便的射頻磁控濺射技術(shù)在SiO2/Si和石英玻璃襯底上制備高質(zhì)量的ZnO及其摻Al(AZO)薄膜。在薄膜制備的研究基礎(chǔ)上，在以SiO2/Si為襯底的ZnO薄膜上研制MSM結(jié)構(gòu)的紫外光電探測器，研究了器件的制作工藝和性能。所開展的研究工作對ZnO薄膜在光電領(lǐng)域的器件應(yīng)用開發(fā)具有重要的意

3、義，主要工作內(nèi)容如下： 利用JC500—3/D磁控濺射鍍膜機在SiO2/Si和石英玻璃襯底上制備具有C軸擇優(yōu)取向的ZnO和AZO晶柱薄膜。結(jié)合XRD、AFM、SEM、霍耳效應(yīng)測量和透射譜的測量，研究了濺射氣體氬氧比、濺射氣壓、濺射功率和襯底溫度對薄膜結(jié)構(gòu)、形貌、光電特性的影響，為制作性能良好的紫外探測器探索較佳的工藝參數(shù)。對在較佳濺射工藝參數(shù)下在SiO2/Si襯底上制備的ZnO和AZO薄膜樣品進行退火處理。隨著退火溫度的升高，Z

4、nO和AZO薄膜的結(jié)晶性能得到改善。 在以SiO2/Si為襯底900℃下退火的ZnO薄膜樣品上制作了Ag—ZnO—Al和Au—ZnO—Al方框結(jié)構(gòu)，研究金屬Ag、Au與ZnO的接觸特性。結(jié)果表明，Ag與ZnO薄膜形成了良好的肖特基接觸，Au與ZnO薄膜形成了歐姆接觸。采用單步反剝離技術(shù)制備金屬電極，在以SiO2/Si為襯底退火后的ZnO薄膜上制作了Ag—ZnO—Ag MSM結(jié)構(gòu)肖特基型和Au—ZnO—Au MSM結(jié)構(gòu)光電導(dǎo)型的紫

5、外光電探測器，并對所制備的探測器進行Ⅰ—Ⅴ、C—V及光譜響應(yīng)的測試分析。結(jié)果表明所制備的器件在紫外波段有較高的響應(yīng)度，光譜響應(yīng)峰在370nm附近。 本論文從材料制備、器件設(shè)計流片到測試分析，做了大量的實驗探索與理論研究工作，創(chuàng)新性地解決了一些科學(xué)與技術(shù)上的難題：利用簡便的射頻磁控濺射技術(shù)在SiO2/Si和石英玻璃襯底上制備出C軸擇優(yōu)取向、顆粒均勻、致密的ZnO和AZO晶柱薄膜；結(jié)合Kajikawa提出的ZnO薄膜生長模型和所制備