磷掺杂zno纳米柱的制备及掺杂机理

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1、硕士学位论文磷掺杂ZnO纳米柱的制备及掺杂机理PREPARATIONOFPHOSPHORUSDOPEDZNONANORODSANDTHEDOPINGMECHANISM张思哈尔滨工业大学2015年7月中图分类号：TM23学校代码：10213UDC：31.密级：公开硕士学位论文磷掺杂ZnO纳米柱的制备及掺杂机理硕士研究生：张思导师：矫淑杰副教授申请学位：工学硕士学科：材料科学与工程所在单位：材料科学与工程学院答辩日期：2015年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TM23U.D.C:31.DissertationfortheMaster

2、DegreeinEngineeringPREPARATIONOFPHOSPHORUSDOPEDZNONANORODSANDTHEDOPINGMECHANISMCandidate：ZhangSiSupervisor：Assoc.Prof.JiaoShujieAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：MaterialsScienceandEngineeringAffiliation：SchoolofMaterialsScienceandEngineeringDateofDefence：June,2

3、015Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要ZnO是典型的第三代宽带隙半导体，是II-VI族直接带隙半导体，其禁带宽度为3.37eV，室温下激子束缚能高达60meV，远大于室温的热离化能26meV，因此ZnO是制备室温紫外激光器的优良材料；而由于ZnO材料热稳定性高、外延温度低、锌元素价格便宜等特点，使得.ZnO成为了研究者们关注的焦点。虽然ZnO有着诸多优点，但是由于未掺杂的ZnO为n型半导体，其掺杂杂质的低固溶度和ZnO本身的自补偿效应使得ZnO的

4、p型掺杂十分困难，这也大大的阻碍了ZnO在半导体领域的应用。研究者们对ZnO的p型掺杂进行了大量的研究，但是仍.然有很多问题没有解决。本文采用水热法，制备出未掺杂的ZnO纳米柱，并在制备本征ZnO纳米柱的基础上，以磷酸二氢铵为磷源制备出了磷掺杂p型ZnO纳米柱，利用扫描电子显微镜、能谱仪、和光致发光测试系统对其进行表征，研究了不同水热条件对磷掺杂ZnO纳米柱的影响，并初步的研究了磷掺杂ZnO纳米柱的掺杂机理。具体的研究内容如下：1、首先对在衬底上利用溶胶-凝胶提拉法制备ZnO种子层进行改进，减少制备种子层过程中暴露在空气中的时间，减少制备的ZnO纳米柱中的污染

5、杂质；并改进种子层提拉技术，增加种子层提拉次数，并对在提拉后对种子进行退火处理，使得制备的ZnO纳米柱尺寸均匀、长径比均一、有良好的c轴取向。2、以水热法制备本征ZnO纳米柱为基础，以磷酸二氢铵作为磷源，制备出了磷掺杂ZnO纳米柱。用SEM、EDS对制备的磷掺杂ZnO纳米柱进行表征，研究了不同的水热条件，对磷掺杂ZnO纳米柱形貌、尺寸、磷含量等的影响。制备出了尺寸均匀、长径比均一的磷掺杂ZnO纳米柱。3、通过对磷掺杂ZnO纳米柱进行不同温度的退火处理，成功制备出了磷掺杂p型ZnO纳米柱。通过SEM、EDS等测试方法对p型ZnO纳米柱进行表征，对磷掺杂ZnO纳米

6、柱的生长及掺杂机理进行了解释。并通过低温PL和变温PL测试对磷掺杂p型ZnO纳米柱进行了表征，研究了磷掺杂ZnO中导电类型的转变及磷元素在ZnO中的掺杂能级，从而证明了制备出的磷掺杂ZnO纳米柱为p型半导体。关键词：水热法；磷掺杂；p型ZnO纳米柱；掺杂机理-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractZnO,oneofthetypicalthird-generationsemiconductor,isanII-VIdirectbandgapsemiconductor.It’sbandgapis3.37eVandithasalargeexcitonbin

7、dingenergyof60meV,whichismuchhigherthanroomtemperaturethermalionizationenergyof26meV.BecauseZnOisagoodchoiceforultravioletlaserworkingatroomtemperature,anditspropertiessuchasthermostability,lowgrowthtemperatureandlow-cost,makestheZnOahotareaofresearch.However,ZnOhasseriousself-compe

8、nsationeffect,which