射频磁控溅射法制备Na-N共掺p型ZnO薄膜及其性能的研究

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时间:2019-05-16

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1、浙江大学硕士学位论文摘要摘要氧化锌(ZnO)是一种II.VI族直接带隙宽禁带半导体,室温下禁带宽度为3.37eV,激子束缚能为60meV。ZnO在光电、压电和热电等诸多领域都有其独特的性能,具有十分广阔的应用空间和发展潜力。特别是在光电领域,ZnO是一种新型的短波长发光器件半导体材料,制备可控的刀型和P型ZnO晶体薄膜是实现ZnO基光电器件应用的关键。目前,已经能够获得具有优异性能的n型ZnO晶体薄膜,然而,ZnO的P型掺杂却遇到诸多困难。这是目前制约ZnO在实际应用中的瓶颈,也是ZnO研究中面临的最大挑战。这一课题也是本文研究的重点,本文即是以ZnO的P型掺杂为中心而展开的。1.

2、实现了Na-N共掺P.ZnO,并对Na.N共掺实现P.ZnO的生长参数进行了详细的分析。我们采用Na20一ZnO(99.99%)陶瓷靶,利用射频磁控溅射法制备了一系列的Na.N共掺P.ZnO薄膜,并制备了ZnO基同质P.n结。我们制备的薄膜在室温下具有良好的结晶质量和P型导电性。通过调试不同的生长参数,得到可靠的最优电学性能:室温电阻率为139.2f2cm,迁移率为0.2cm2/Vs,空穴浓度为2.5x1017cm。。2.对ZnO:N、ZnO:Na、ZnO:(Na,N)--种薄膜的性能进行比较,并从XPS测试结果对Na-N共掺实现P.ZnO的机理进行了深入的分析。我们分别采用纯Zn

3、O(99.99%)、0.5at%Na20.ZnO(99.99%)陶瓷靶,制备了一系列的ZnO:N、ZnO:Na薄膜,并选取最佳参数生长出来的薄膜与ZnO:(Na,N)薄膜进行比较,分别对三种薄膜的电学性能、结构性能、表面形貌和光学性能测试结果作了具体的分析。此外,从XPS的测试结果对薄膜呈现P型导电性的原理进行了深入的分析。XPS分析表明,Na掺入ZnO中作为受主Nazn而存在,N主要以N.H键的形式存在,其受主No的作用不明显,但是也有可能存在Naz。-No受主复合体,还需进一步的测试研究。V浙江大学硕士学位论文AbstrctAbstractZincoxide(ZnO)isano

4、velII—VIcompoundsemiconductorwithawidedirectbandgap.Ithasaverybroadapplicationspaceanddevelopmentpotentialinapplicationofoptoelectronic,piezoelectric,thermoelectricandferromagneticmultipleproperties,especiallyinapplicationofoptoelectronicduetoitsdirectwide-bandgap(3.37eV)andhighexcitonbindinge

5、nergy(60meV).ZnOisanewtypeofshort—wavelengthlightemittingdevicematerial,andthekeytomakeuseoftheZnO-basedoptoelectronicdevicesistoprepare刀·typeandP-typeZnOfilmswiththeexcellentproperties.Atpresent.wecanonlyobtainthen—ty7peZnOfilmswithexcellentperformance.However,P—typeZnOdopinghasencounteredman

6、yobstacleswhicharethebottleneckandalsothegreatestchallengeinthepracticalapplicationofZnO.Thissubjectisalsothefocusonthisstudy,andthispaperisbasedonZnOp-typedoping.1.PreparetheNa-NcodopedP-ZnOfilmsindifferentparameters.andgivethedetailanalysisofNa-Ncodopedp-ZnOmechanism.Na-NCO—dopedP-typeZnO【Zn

7、O:(Na,N)】thinfilmswerepreparedonglasssubstratesbyRFmagnetronsputtering(RFMS)andpost—annealingtechniquesintheN20ambient.Wechangedthepreparedparameterssuchasannealingtemperature,gaspressure,ere,inordertofindtheoptimumgrowthconditions.When

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