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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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