2023年全國碩士研究生考試考研英語一試題真題(含答案詳解+作文范文)_第1頁
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文檔簡介

1、氧化鋅(ZnO)是一種重要的化合物半導體光電材料,它具有良好的物理特性:直接帶隙能帶結(jié)構(gòu)、室溫禁帶寬度3.37eV、激子束縛能60meV,是制備紫外發(fā)光二極管、特別是制備室溫紫外半導體激光器的優(yōu)選材料??墒切阅芰己玫腜型ZnO材料的制備問題一直以來成為實現(xiàn)ZnO基發(fā)光器件突破的瓶頸。近幾年來,盡管國際上P型ZnO薄膜的制備取得了重要進展,但是可實用的ZnO發(fā)光器件仍沒有制備成功。特別是在用金屬有機化學氣相沉積(MOCVD)法生長ZnO薄

2、膜及其P型摻雜方面,還需要更多的研究,否則ZnO基發(fā)光器件將難以產(chǎn)業(yè)化。在這樣的背景下,本論文開展ZnO薄膜的MOCVD生長及其摻雜性質(zhì)研究。 本論文主要是采用自制常壓MOCVD系統(tǒng),以去離子水(H<,2>O)和二乙基鋅(DEZn)為源材料,在藍寶石(0001)襯底上進行ZnO薄膜的制備、摻雜等相關(guān)內(nèi)容研究。在課題研究過程中,本文主要獲得了以下一些有意義和有創(chuàng)新性的研究結(jié)果: 1、首次提出了在外延層生長過程中引入少量腐蝕

3、性氣體來提高ZnO薄膜的晶體質(zhì)量。研究實驗結(jié)果表明,在外延層生長過程中引入少量的H<,2>和NH<,3>都有利于提高ZnO的晶體質(zhì)量,但是引入H<,2>將會影響ZnO薄膜的表面形貌和電學性能,而引入少量的NH<,3>后,ZnO薄膜的表面形貌、晶體質(zhì)量、室溫電子遷移率、低溫10K下的激子發(fā)光及其聲子伴線均變好,其(0002)和幾何傾斜對稱(10-12)面的雙晶X射線衍射(DCXRD)Omega(ω)搖擺曲線半峰寬(FWHM)分別為132弧

4、秒(″)和235弧秒(″)。金相顯微鏡結(jié)果顯示ZnO薄膜中的平均晶粒尺寸直徑大小20μm,為當前文獻中MOCVD法生長ZnO薄膜的最大值,本文的這一實驗結(jié)果也正好體現(xiàn)了用常壓MOCVD方法生長ZnO薄膜能獲得大的晶粒尺寸特點。 2、研究了高溫緩沖層厚度、外延層的生長速率以及富Zn環(huán)境對ZnO薄膜生長的影響,優(yōu)化了生長工藝參數(shù)。在保持較高的晶體質(zhì)量前提下,得到了生長速率為4.2μm/h的ZnO單晶薄膜。據(jù)我們所知,這一生長速率是目

5、前文獻用MOCVD生長ZnO薄膜的最大報道值,較快生長速率和較高結(jié)晶質(zhì)量對今后ZnO薄膜的規(guī)?;a(chǎn)是十分有利的。 3、采用常壓MOCVD方法在藍寶石(0001)襯底上成功地制備出高質(zhì)量的、高可見光透過率的、低電阻率的Al摻雜型ZnO透明導電薄膜(AZO),其(0002)和(10-12)面DCXRD的ω搖擺曲線FWHM分別為289″和406″。據(jù)我們所知,這是首次報道AZO薄膜有幾何傾斜對稱(10-12)面DCXRD的ω搖擺曲線

6、結(jié)果。本文制備出的AZO透明導電薄膜的可見光透過率超過90%,電阻率在9.72×10<'-4>Ω.cm 范圍內(nèi)。這些參數(shù)與目前文獻報道所制備的AZO薄膜最好的結(jié)果相當。 4、利用常壓MOCVD技術(shù)以氨氣(NH<,3>)作為摻雜源進行ZnO薄膜的p型摻雜研究,對NH<,3>摻雜溫度、NH<,3>摻雜方式以及NH<,3>摻雜流量等重要影響參數(shù)進行了探討。在優(yōu)化的條件下,通過NH<,3>摻雜最終獲得了p型ZnO薄膜。金相顯微鏡和DCX

7、RD測試結(jié)果表明,該p型ZnO薄膜具有平整的薄膜表面和好的結(jié)晶性能,其(0002)和(10-12)面的的ω搖擺曲線FWHM分別為246″和368″。光致發(fā)光(PL:Photoluminescence)測試結(jié)果表明,該p型ZnO薄膜的10K低溫和室溫PL中都能觀察到非常強的與N替代O受主相關(guān)的發(fā)光峰。室溫霍爾測量結(jié)果表明:p 型 ZnO 薄膜的空穴濃度約為10<'16>~10<'17>cm<'-3>,遷移率為3~10cm<'2>/V.S。

8、該p型ZnO薄膜為研制ZnO同質(zhì)p-n結(jié)奠定了良好的基礎(chǔ)。 5、采用常壓MOCVD方法在藍寶石襯底上用Al和N做摻雜劑生長了具有p-n結(jié)構(gòu)的ZnO同質(zhì)結(jié)外延材料。采用Ti/Au和Ni/Au合金分別做n型和p型ZnO薄膜的歐姆接觸,制備出ZnO同質(zhì)p-n結(jié)芯片。在室溫下,該ZnO同質(zhì)p-n結(jié)具有典型的二極管整流I-V特性,開啟電壓約為5 V(正向電流100μA時),反向電壓高達20V(反向電流10μA時)。這一結(jié)果要明顯優(yōu)于文獻報

9、道的結(jié)果。據(jù)我們所知,20V的反向電壓是目前報道ZnO同質(zhì)p-n結(jié)的最大值。對本文所制備的ZnO同質(zhì)p-n結(jié)的穩(wěn)定性測試實驗結(jié)果表明:本文用NH<,3>做摻雜源獲得的p型ZnO的性能穩(wěn)定。 本文以上研究結(jié)果從材料生長手段常壓MOCVD系統(tǒng)的角度來說,均屬國際首次。本文相關(guān)研究結(jié)果已在《Journal of Crystal Growth》、《Journal of Luminescence》以及《Materials Science

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