Mn、Co、Al摻雜SiC薄膜制備及其光敏性質(zhì)研究.pdf

1、由于SiC的寬禁帶性質(zhì)，SiC制備的紫外光電探測(cè)器可在極端條件下應(yīng)用于生化檢測(cè)、可燃性氣體尾焰探測(cè)、臭氧層監(jiān)測(cè)、短波通訊以及導(dǎo)彈羽煙的紫外輻射探測(cè)等領(lǐng)域，并適用于惡劣環(huán)境的光探測(cè)器件與光傳感器開(kāi)發(fā)。目前國(guó)內(nèi)針對(duì)SiC光敏性質(zhì)的研究還鮮有報(bào)道，因此開(kāi)展SiC的紫外光敏特性研究很有意義。
　　 本實(shí)驗(yàn)采用射頻磁控濺射技術(shù)和復(fù)合靶材方法制備了SiC薄膜與Mn、Co、Al摻雜SiC薄膜。通過(guò)X射線衍射儀（XRD）、掃描電子顯微鏡（SEM

2、）、X射線能量色散譜（EDS）、X射線光電子能譜（XPS）、霍爾（Hall）測(cè)量系統(tǒng)、熒光光譜儀、紫外-可見(jiàn)光光度計(jì)、紫外激光器等儀器對(duì)薄膜的晶體結(jié)構(gòu)、表面形貌、摻雜濃度、化學(xué)鍵狀態(tài)、載流子濃度與導(dǎo)電類(lèi)型、光致發(fā)光、紫外光吸收和光敏性質(zhì)進(jìn)行了測(cè)試。結(jié)果表明：
　　 1）SiC薄膜在2θ=38.319°存在衍射峰，發(fā)現(xiàn)其晶體結(jié)構(gòu)為六方晶系的6H-SiC（103），Mn、Co摻雜導(dǎo)致SiC晶格發(fā)生畸變，使得6H-SiC（103）衍射

3、峰強(qiáng)度明顯減弱，Al摻雜SiC薄膜在2θ=45.322°出現(xiàn)衍射峰，表明是6H-SiC（105）晶面特征峰。
　　 2）Mn、Co摻雜SiC薄膜光致發(fā)光峰均位于423nm，表明423nm處光致發(fā)光峰對(duì)應(yīng)于光激發(fā)產(chǎn)生的電子從導(dǎo)帶底到Si空位淺受主能級(jí)之間的輻射躍遷，其強(qiáng)度取決于Si空位的濃度。
　　 3）霍爾測(cè)量發(fā)現(xiàn)：未摻雜SiC薄膜載流子濃度是7.121×1011/c㎡，而6at％Mn、Co、Al摻雜SiC薄膜載流子濃度

4、分別是1.084×1016/c㎡、2.793×1015/c㎡、3.035×1012/c㎡。未摻雜SiC薄膜、4at％Mn摻雜SiC薄膜、Co摻雜SiC薄膜導(dǎo)電類(lèi)型是n型。大于6at％Mn摻雜的SiC薄膜其導(dǎo)電類(lèi)型由n型轉(zhuǎn)變?yōu)閜型。Al摻雜的SiC薄膜導(dǎo)電類(lèi)型是p型。
　　 4）光敏測(cè)試發(fā)現(xiàn)Al、Co、Mn摻雜SiC薄膜比未摻雜SiC薄膜紫外吸收能力顯著增強(qiáng)，且Mn、Co摻雜SiC薄膜光敏靈敏度隨摻雜濃度增加明顯提高，響應(yīng)時(shí)間變短

5、。發(fā)現(xiàn)Al摻雜SiC薄膜對(duì)波長(zhǎng)為280nm～300nm、Co摻雜SiC薄膜對(duì)波長(zhǎng)為290nm～310nm、Mn摻雜SiC薄膜對(duì)波長(zhǎng)為300nm～350nm范圍紫外光敏感，這為紫外寬波段檢測(cè)器件的開(kāi)發(fā)提供了材料基礎(chǔ)。研究還發(fā)現(xiàn)，6at％Mn摻雜SiC薄膜是6at％Co、Al摻雜光敏靈敏度的1.5倍和2倍。Mn、Co、Al摻雜SiC薄膜具有比SiC薄膜更優(yōu)越的光敏性能，是一種在光催化、太陽(yáng)能電池、紫外光傳感器等多個(gè)領(lǐng)域具有研究?jī)r(jià)值的薄膜材料