ZnO基薄膜的、異質(zhì)結(jié)制備與應(yīng)用研究.pdf

1、ZnO室溫下的禁帶寬度為3.37eV，吸收邊位于紫外波段，在可見光區(qū)透明，與MgO合金化得到的更寬禁帶的ZnMgO薄膜可應(yīng)用在深紫外光電器件中。摻入Al、Ga和F等施主摻雜劑可以有效地改善ZnO的本征n型導(dǎo)電性能?？萍嫉倪M步促使電子器件朝柔性化、超薄化方向發(fā)展，迫切需要發(fā)展柔性透明導(dǎo)電材料。因此，制備柔性透明導(dǎo)電ZnO基材料具有非常重要的現(xiàn)實意義。在本論文中，我們采用脈沖激光沉積技術(shù)（PLD，Plused Laser Depositio

2、n）制備了F摻雜ZnMgO(ZMOF)透明導(dǎo)電薄膜，此外，為了滿足柔性器件的應(yīng)用要求，我們還開展了柔性ZMOF透明導(dǎo)電薄膜的研究。
　　由于制備高質(zhì)量、可重復(fù)并穩(wěn)定存在的p型ZnO仍是一個難點，導(dǎo)致ZnO同質(zhì)結(jié)器件的制備困難，因此，選用p型NiO與n型ZnO制備的ZnO基異質(zhì)結(jié)器件受到廣泛關(guān)注。在ZnO/NiO異質(zhì)結(jié)的基礎(chǔ)上，我們通過調(diào)節(jié)Mg含量來制備不同禁帶寬度的Nil-xMgxO薄膜，與ZnO和ZnMgO制備成異質(zhì)結(jié)器件并深入

3、研究其能帶結(jié)構(gòu)。
　　1.采用PLD方法在石英襯底上制備了ZMOF薄膜。350℃，0.001Pa條件下制備的ZMOF薄膜（3at％的F，10at％的Mg）具有最好的光電性能，電阻率最低為6.92×10-4Ωcm，在整個可見光區(qū)的透過率超過85％，且用濕法腐蝕方法制備了絨面ZMOF薄膜。
　　2.利用PLD技術(shù)在柔性襯底上制備了ZMOF薄膜，通過引入ZnO緩沖層，提高了薄膜晶體質(zhì)量，消除了裂紋，電阻率從1.55Ωcm降低到1.

4、70×10-2Ωcm，遷移率從0.573cm2V-1s-1升高到11.7cm2V-1s-1，大大提高了其電學(xué)性能。
　　3.利用磁控濺射儀器對以F摻雜ZnO(FZO)為代表的ZnO基薄膜進行了真空退火和H等離子體處理。處理后的FZO薄膜結(jié)晶質(zhì)量更好，電學(xué)性能更優(yōu)，尤其是遷移率實現(xiàn)了3-10倍的增長。我們通過第一性原理計算研究了H在FZO中的位置及能態(tài)，發(fā)現(xiàn)在ZnO晶格中靠近FO的間隙位的氫(Hi-FO)和處于氧空位中的氫(H-VO

5、)都可以穩(wěn)定存在，這是H處理后FZO透明導(dǎo)電薄膜高導(dǎo)電性、高熱穩(wěn)定性的原因。
　　4.利用PLD技術(shù)生長了一系列不同Mg含量的Ni1-xMgxO薄膜，且制備了可探測日盲區(qū)的光導(dǎo)型光電探測器。通過快速退火處理提高了薄膜晶體質(zhì)量，降低了器件暗電流。為了探討Mg的引入對ZnO/NiO異質(zhì)結(jié)能帶結(jié)構(gòu)的影響，我們制備了不同Mg含量的ZnO/Ni1-xMgxO異質(zhì)結(jié)，通過X射線光電子能譜方法研究了異質(zhì)結(jié)的能帶結(jié)構(gòu)。研究發(fā)現(xiàn)，Mg含量越高，導(dǎo)帶

6、帶階和價帶帶階偏移量均越大，導(dǎo)帶帶階移動量更大。我們進一步開展了雙邊帶隙可調(diào)節(jié)的Zn1-xMgxO/Ni1-yMgyO異質(zhì)結(jié)的能帶結(jié)構(gòu)研究，發(fā)現(xiàn)含有相同Mg組分的ZnMgO和NiMgO，Mg對兩者能帶調(diào)節(jié)的作用幅度不同，在ZnMgO中的能帶調(diào)節(jié)作用更為明顯。因此，我們可以通過分別調(diào)節(jié)Zn1-xMgxO/Ni1-yMgyO異質(zhì)結(jié)中的Mg含量，來改變雙邊的禁帶寬度及價帶頂、導(dǎo)帶底的位置，進而設(shè)計出所需能帶結(jié)構(gòu)的異質(zhì)結(jié)，靈活掌控其在光電器件中