外電場(chǎng)輔助CVD法制備ZnO微-納米線(xiàn)同質(zhì)P-n結(jié)器件及其特性研究.pdf

1、氧化鋅(ZnO)是寬禁帶半導(dǎo)體材料，室溫下的禁帶寬度為3.37eV，激子束縛能高達(dá)60meV，這使得ZnO微/納米結(jié)構(gòu)在電子器件如場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FETs)，紫外光電探測(cè)器，紫外(UV)激光器，發(fā)光二極管(LED)等器件方面具有廣泛的應(yīng)用前景，成為國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。通常情況下對(duì)于未摻雜的ZnO由于氧空位(Vo)，鋅間隙(Zni)和氫的存在，而顯示n型導(dǎo)電特性，很容易獲得。然而，p型ZnO材料的制備卻是一個(gè)挑戰(zhàn)，主要原因有兩點(diǎn):(1)受主雜

2、質(zhì)在ZnO中的固溶度比較低;(2) ZnO中存在諸多本征施主缺陷而導(dǎo)致的自補(bǔ)償效應(yīng)。為了實(shí)現(xiàn)ZnO基微/納米器件的應(yīng)用，性能良好的n型和p型ZnO微/納米材料是必需要獲得的。本論文針對(duì)ZnO研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)和難點(diǎn)，創(chuàng)新的提出將外電場(chǎng)引入到傳統(tǒng)的化學(xué)氣相沉積(CVD)設(shè)備中，并制備出了較高質(zhì)量的ZnO微/納米線(xiàn)同質(zhì)p-n結(jié)發(fā)光二極管，并對(duì)其光電特性進(jìn)行了研究，研究的主要內(nèi)容如下:
　　(1)采用外電場(chǎng)輔助CVD法，在縱向電壓40V的作

3、用下，在低阻n-Si(111)襯底上成功的制備出磷摻雜p-ZnO/n-ZnO納米線(xiàn)同質(zhì)結(jié)發(fā)光二極管，并對(duì)納米線(xiàn)的形貌，結(jié)構(gòu)和光學(xué)特性進(jìn)行了分析。通過(guò)掃描電子顯微鏡(FE-SEM)和透射電子顯微鏡(TEM)都觀察到了單根納米線(xiàn)同質(zhì)結(jié)是由直徑較粗和直徑較細(xì)的兩部分所構(gòu)成，且兩部分之間存在明顯的界限。此外，該器件的I-V特性曲線(xiàn)顯示出良好的整流特性，其正向開(kāi)啟電壓約為3.4V，反向擊穿電壓約為6.6V。在正向注入100mA的電流時(shí)該器件實(shí)現(xiàn)了

4、室溫下的電致發(fā)光(EL)，且在電致發(fā)光光譜中觀測(cè)到了較強(qiáng)的紫外發(fā)光和微弱的可見(jiàn)發(fā)光。該方法將為ZnO基納米紫外發(fā)光器件的制備提供一種可能。
　　(2)采用外電場(chǎng)輔助CVD方法，在Si襯底上制備出了大尺寸ZnO微米線(xiàn)(MW)同質(zhì)結(jié)發(fā)光二極管陣列。通過(guò)控制外加級(jí)向電壓實(shí)現(xiàn)了Sb摻雜p型ZnO微米線(xiàn)沿著未摻雜n型ZnO微米線(xiàn)的連續(xù)生長(zhǎng)。對(duì)Sb摻雜ZnO微米線(xiàn)進(jìn)行了低溫光致發(fā)光譜的測(cè)量，在光譜圖中觀測(cè)到了與受主Sb摻雜相關(guān)強(qiáng)的中性受主束縛