N摻雜p型ZnO材料的制備及其光電性能研究.pdf

1、ZnO（氧化鋅）是一種新型的在光電探測領(lǐng)域具有很大潛力的直接帶隙半導(dǎo)體材料，禁帶寬度為3.37eV，計算可知其對應(yīng)波長在近紫外區(qū)域，可見光波段透明。具有抗輻射性能優(yōu)秀、熱穩(wěn)定性能好、無毒無污染、原料豐富、禁帶寬度可調(diào)等諸多優(yōu)點，目前來說，雖然國際范圍內(nèi)的研究者們已經(jīng)通過 P-MBE（等離子輔助分子束外延）、PLD（激光脈沖沉積）等技術(shù)制備了性能較好的 ZnO紫外光電器件，但仍存在一些需要更加深入研究的問題，例如 p型導(dǎo)電的機理、穩(wěn)定且具

2、有較高空穴濃度和遷移率p型薄膜的制備工藝、摻雜技術(shù)等深入研究。
　　本文采用“兩步法”來制備氮摻雜的氧化鋅薄膜，首先利用射頻反應(yīng)磁控濺射技術(shù)，以Zn為靶材，N2為反應(yīng)氣體，在石英襯底上沉積Zn3N2（氮化鋅）薄膜，接著在管式爐中高溫氧化，將 Zn3N2轉(zhuǎn)變?yōu)?ZnO，通過控制氧化的進程來達到制備ZnO:N的目的。這種方法工藝較為簡單，并且在一定程度上提高了N的固溶度。
　　我們研究了射頻反應(yīng)磁控濺射中，氮氬分壓、濺射功率和襯

3、底溫度對Zn3N2薄膜沉積的影響。得出結(jié)論，在氮氬分壓為2:1、濺射功率80W、襯底溫度200℃條件下能制備出形貌較好，成膜均勻的Zn3N2薄膜。
　　接著將 Zn3N2薄膜放入管式爐中，在不同溫度下氧化使其轉(zhuǎn)變?yōu)?ZnO:N，我們利用SEM（掃描電子顯微鏡）、XRD（X射線衍射）、UV-Vis（紫外-可見分光光度法）等技術(shù)手段對ZnO:N薄膜進行表征，得出結(jié)論，在氧化溫度為700℃、氧化時間3小時的條件下，ZnO:N薄膜呈良好的

4、c軸擇優(yōu)取向生長，晶體中缺陷較少，可見光波段透射率在90％，而在紫外波段具有強烈的吸收，擬合計算得出其光學(xué)禁帶寬度約為3.55eV。空穴濃度為1.6×1015cm-3，遷移率為0.3cm2/Vs。
　　最后通過在ZnO:N薄膜上濺射 Cu叉指電極將其制備成MSM結(jié)構(gòu)的紫外光電導(dǎo)探測器，600℃退火后通過I-V測試表明金屬和薄膜形成了較好的歐姆接觸。器件暗電流為13.4mA，以254nm的紫外汞燈為光源，測得其光電流為32.2mA，