掺氮氧化锌薄膜的制备和p型转变研究

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1、掺氮氧化锌薄膜的制备和P型转变研究摘要ZnO是一种直接带系半导体化合物，其室温禁带宽度为3．37eV，激子束缚能为60meV，光子增益为320cm～，因此ZnO薄膜作为具有优良的压电、光电、气敏、压敏等性质的材料，在透明导体、发光元件、太阳能电池窗口材料、光波导器、单色场发射显示器材料、高频压电转换、表面声波元件、微传感器以及低压压敏电阻器等方面具有广泛的用途。但是未掺杂ZnO薄膜由于其本征缺陷造成的化学计量比失衡特别是氧空位(vo)和锌间隙原子(Zni)使其成为天然的n型半导体。而理论计算预言了氮元素可以在ZnO薄膜中形成浅的受主能级，进而实现P型导电。本文主要采用了射频磁控溅射

2、法制备氮掺杂ZnO薄膜，同时在成功制备氮掺杂ZnO薄膜的基础上又采用在基片上施加偏压的方法制备了氮掺杂ZnO薄膜，并对两种氮掺杂ZnO薄膜晶体结构，表面形貌，导电率等相关物理性能进行了分析。主要内容如下：第一章简述了氮掺杂ZnO薄膜的研究背景及意义，介绍了有关ZnO薄膜的晶体结构、制备方法、缺陷、应用和产业化前景以及国内外相关的一些研究概括。第二章首先介绍了磁控溅射的发展和原理，叙述了薄膜的沉积过程，并综述了氮掺杂ZnO薄膜的表征技术。第三、四章主要介绍了以射频磁控溅射方法制备ZnO薄膜、氮掺杂ZnO薄膜及仪器操作的步骤，并对薄膜晶体结构、表面形貌、荧光光谱、电阻率进行了对比分析。

3、利用XRD研究了薄膜的成分和晶体结构，利用SEM研究了薄膜的形貌；利用荧光分光光度计研究了薄膜的发光性能，采用电阻率测试仪对薄膜的电阻率进行了测试。结果表明对于氮掺杂ZnO薄膜当Ar：02：N2为15：7：8时其薄膜完全呈现P型特征。关键词：氮掺杂ZnO薄膜，射频磁控溅射，P型ZnO薄膜，受主杂质，浅受主，红移PreparationandP--typetransitionofN·-dopedZnOfilmsABSTRACTZnOisadirectbandgap(3．37eV)semiconductorcompoundwithhighexcitionbindingenergyof60

4、meVandphotongainof320cm一：ZnOfilmshavebroadapplicationsinvariousfieldssuchastransparentconductor，LEDcomponents，solarcellwindowmaterials，opticalwaveguides，monochromaticfieldemissiondisplaymaterials，high-frequencypiezoelectricconversion，surfaceacousticwavedevices，sensorsandlow—voltagevaristorbeca

5、useoftheirexcellentpropertiessuchaspiezoelectric，optoelectronics，gassensing，andpressure-sensitive．However，non--dopedZnOfilmsarenaturaln--typesemiconductorsbecauseoftheirintrinsicdefectsofthestoichiometricproportiondisbalanceinoxygenvacancies(Vo)andZninterstitialdefects(Zni)．Thetheoreticalcalcu

6、lationshavepredictedthatthenitrogenelementsinZnOfilmsmayformshallowaeceptorlevelandmakethemP—typeconductivity．Inthispaper，N-dopedZnOthinfilmswerepreparedbyfrequency(RF)magnetronsputtering,atthesametimewealsopreparedN—dopedZnOthinfilmswiththebiasvoltage．Theircrystallinestructure，superficialappe

7、arance，conductivityandsomephysicalpropertieshadbeenmeasuredintwokindsofN-dopedZnOthinfilms．Inchapter1，weelaboratesimplythebackgroundandthesignificanceaboutN-dopedZnOthinfilmsindomesticandforeign，thenintroducethecrystallinestructureofrel