摻氮氧化鋅的光電特性及其在薄膜晶體管中的應(yīng)用研究.pdf

1、本論文的研究工作圍繞實(shí)現(xiàn)氧化鋅基薄膜晶體管器件這個目標(biāo)展開。自然生長的氧化鋅薄膜通常存在缺陷，具有較高的電子濃度，我們嘗試用摻氮的方式來降低載流子濃度。實(shí)驗采用射頻磁控濺射沉積技術(shù)，以氨氣為摻氮源，優(yōu)化在非晶玻璃襯底上沉積摻氮氧化鋅薄膜的工藝條件和參數(shù)。低溫下在非晶玻璃上生長出(001)擇優(yōu)取向的纖鋅礦結(jié)構(gòu)摻氮氧化鋅薄膜。
　　 用光致發(fā)光光譜技術(shù)研究了室溫下?lián)降趸\薄膜的載流子輻射復(fù)合過程。從光致發(fā)光光譜中發(fā)現(xiàn)，摻氮后氧化鋅

2、的發(fā)光強(qiáng)度顯著下降，這是由于氮摻雜改變了氧化鋅的輻射復(fù)合發(fā)光機(jī)制——從本征氧化鋅的自由激子復(fù)合躍遷轉(zhuǎn)變?yōu)閾降趸\的施主-受主對復(fù)合躍遷。
　　 用共振拉曼散射光譜技術(shù)深入研究了摻氮氧化鋅薄膜的多聲子散射過程。室溫下觀測到氧化鋅的高達(dá)6級縱光學(xué)(LO)聲子的共振拉曼散射，發(fā)現(xiàn)氮摻雜極大地增強(qiáng)了氧化鋅LO聲子的散射行為。表現(xiàn)在共振拉曼散射光譜中，摻氮后氧化鋅1LO聲子的強(qiáng)度增大至未摻雜時的3倍，這主要是由氮摻雜產(chǎn)生的“缺陷引起的拉

3、曼散射”作用的結(jié)果。由于氧化鋅薄膜中含有缺陷，出現(xiàn)在578cm?1的1LO聲子可以解釋為混合了A?和E?對稱性的準(zhǔn)聲子模。另外，在摻氮氧化鋅薄膜的共振拉曼散射光譜中還清楚地觀察到一直以來被忽略的“雜質(zhì)引起的二級LO聲子的拉曼散射”過程。
　　 為研制以氮摻雜氧化鋅為有源層的薄膜晶體管器件，研究了以氨氣為摻氮源的低溫?fù)降に噷ρ趸\薄膜電學(xué)性質(zhì)的影響。有趣的是，隨著生長過程中通入氨氣流量的增加，摻氮氧化鋅薄膜的電阻率呈現(xiàn)類似于斜體

4、字母“N”的變化趨勢：當(dāng)氨氣流量較小時(≤1.OSCCM)，電阻率比未摻雜時增大了兩個數(shù)量級；當(dāng)氨氣流量從1.0SCCM增加至3.0SCCM時，電阻率卻逐漸減小并降至最小值；進(jìn)一步增加氨氣流量時(≥3.0SCCM)，電阻率又逐漸增大。電阻率出現(xiàn)先增大后減小的變化，可能是因為氮摻雜過程中氮和氫離子都進(jìn)入氧化鋅晶格，分別形成淺受主和淺施主并互相補(bǔ)償?shù)慕Y(jié)果。而過多雜質(zhì)的摻入會導(dǎo)致氧化鋅薄膜晶體質(zhì)量下降，這可能是氨氣流量更大時電阻率再一次增大的