ZnO半導體薄膜的制備及其摻雜特性的研究.pdf

1、ZnO是一種具有纖鋅礦晶體結構的直接寬帶隙半導體材料。由于ZnO薄膜在壓電、光電、熱電、鐵電等諸多方面都具有優(yōu)異的性能，被廣泛應用于聲表面波器件、體聲波器件、氣敏元器件、變阻器、透明電極等，成為繼GaN之后半導體光電領域的又一研究熱點。與GaN相比，ZnO薄膜具有生長溫度低，激子復合能高(ZnO：60meV GaN：21～25meV)，有可能實現(xiàn)室溫下的紫外受激發(fā)射，有望制備出性能較好的紫外探測器，發(fā)光二極管和激光二極管等光電器件。

2、 然而，要實現(xiàn)ZnO基光電器件的廣泛應用，必須首先獲得性能良好的n型和p型ZnO材料，進而制備出透明的ZnO同質(zhì)pn結。就像其他寬禁帶半導體材料一樣，如BaN、ZnSe，N型摻雜很好實現(xiàn)，而p型摻雜不好實現(xiàn)。原因是多方面的，ZnO薄膜中存在的本征缺陷(Zn<,i> or V<,o>)形成能非常低，可產(chǎn)生高度的自補償作用，受主元素在ZnO中的溶解度較低，且受主能級均較深，很難形成淺受主能級。這也是p型ZnO研究中面臨的主要挑戰(zhàn)。但到目

3、前為止，仍然缺乏可靠的、可重復性的p型ZnO薄膜。 本論文在系統(tǒng)總結了國內(nèi)外p型ZnO薄膜的研究歷史、研究現(xiàn)狀以及存在的問題的基礎上，對Si襯底上以及玻璃襯底上的ZnO薄膜的p型摻雜進行了研究。通過多種測試手段和理論分析，取得了一些階段性成果： 1．以射頻磁控濺射法制備了高質(zhì)量的N摻雜ZnO薄膜，并研究了襯底溫度及氣氛分壓對薄膜晶體質(zhì)量、表面形貌與禁帶寬度的影響，得出了最優(yōu)的生長條件。摻雜的ZnO薄膜具有良好的c軸擇優(yōu)取

4、向，在可見光范圍內(nèi)(380-760nm)透射率約為85％。并分析了襯底溫度和氧氣分壓對于薄膜電學性能的影響，發(fā)現(xiàn)只在一定溫度區(qū)間內(nèi)薄膜呈現(xiàn)為p型。得出最優(yōu)的生長溫度在～600℃，薄膜具有電阻率4.99 Ω cm和空穴濃度2.20E+16 cm<'-3>。研究結果表明其整流特性在50-300K較寬溫度范圍內(nèi)幾乎不依賴于溫度發(fā)生變化。還研究了退火溫度、退火時間以及退火氣氛對N摻雜ZnO薄膜電學性能的影響。 2．嘗試以射頻磁控濺射法制