p型Na：ZnO薄膜的制備及其表征.pdf

1、ZnO為Ⅱ-Ⅵ族化合物半導(dǎo)體材料,具有壓電、熱電、氣敏、光電導(dǎo)等多種性能,在許多領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用.近年來(lái)ZnO在光電領(lǐng)域的應(yīng)用引起了人們的很大關(guān)注,這是由于ZnO在室溫下禁帶寬度為3.37 eV,可以用來(lái)制備藍(lán)光或紫外發(fā)光二極管(LED)和激光器(LDs)等光電器件.尤其是ZnO具有較高的激子束縛能(60 meV),大于GaN的24 meV,完全有可能在室溫下實(shí)現(xiàn)有效的激子發(fā)射,因此在光電領(lǐng)域具有極大的發(fā)展?jié)摿?ZnO在光電領(lǐng)域的應(yīng)用

2、依賴于高質(zhì)量的n型和p型薄膜的制備.目前人們通過(guò)摻雜Ⅲ族元素已經(jīng)獲得了具有較好電學(xué)性能的n型ZnO.然而在ZnO內(nèi)部容易產(chǎn)生各種施主型本征缺陷,發(fā)生自補(bǔ)償作用使得p型ZnO薄膜難以制備,這種情況很大程度上限制了ZnO薄膜在光電器件方面的發(fā)展.因此如果通過(guò)理論和實(shí)驗(yàn)找到合適的受主雜質(zhì)實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的p型摻雜將對(duì)ZnO的實(shí)際應(yīng)用起到極大的推動(dòng)作用. 盡管不同研究小組對(duì)ZnO可能的受主元素進(jìn)行了理論研究,但獲得的結(jié)論.卻不盡相同,并且有的

3、與實(shí)驗(yàn)結(jié)果還存在著矛盾.因此本論文基于密度泛函理論對(duì)ZnO的Ⅰ族摻雜元素進(jìn)行了分析,試圖找出最優(yōu)的摻雜元素.理論計(jì)算出Li、Na的受主電離能分別0.11和0.16 eV,兩者相差不大.而K的受主電離能則相對(duì)較大,為0.29 eV,所以從電離能角度可以首先排除K元素.在對(duì)形成能研究時(shí)發(fā)現(xiàn),與Na元素相比,Li替代位受主難以形成,而由于其離子半徑較小,間隙位施主形成則比較容易.因此綜合考慮,Na作為ZnO的p型摻雜元素較好. 在理論

4、分析的指導(dǎo)下,本文對(duì)Na摻雜ZnO進(jìn)行了研究.通過(guò)XRD、SEM和Hall等測(cè)試手段研究了襯底溫度、Na摻雜量以及氧氣流量對(duì)ZnO薄膜性能的影響.實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)靶材中Na含量為0.2﹪、襯底溫度500℃、氧氣流量10seem時(shí)制備的p型ZnO薄膜具有較好的晶體質(zhì)量,并且電學(xué)性能也很好,載流子濃度可達(dá)1.07×10<'18>cm<'-3>左右,電阻率為27.6Ωcm.在對(duì)Na摻雜薄膜的電學(xué)穩(wěn)定性測(cè)試時(shí)發(fā)現(xiàn),存放一個(gè)月后,薄膜的電學(xué)性能并沒(méi)有發(fā)