N-Al共摻p型ZnO薄膜制備及形成機(jī)理研究.pdf

1、本工作采用螺旋波等離子體輔助濺射沉積系統(tǒng)應(yīng)用非平衡生長技術(shù)在Al2O3（001）襯底制備了N-Al共摻的p型ZnO薄膜。分析了退火對(duì)ZnO薄膜的結(jié)構(gòu)、光學(xué)及其電學(xué)特性的影響及薄膜表現(xiàn)為p型導(dǎo)電的微觀機(jī)理。為獲得較高載流子濃度的p型ZnO生長，分別以在n型Si（100）和p型Si（100）為襯底制備了N-Al共摻的ZnO薄膜，通過結(jié)構(gòu)特性及光電特性對(duì)比，研究了襯底對(duì)薄膜導(dǎo)電性的影響。隨后通過調(diào)整N2的流量對(duì)n型Si襯底上N-Al共摻ZnO

2、薄膜生長規(guī)律進(jìn)行分析，探討了p型ZnO薄膜的形成機(jī)理，得到了如下主要結(jié)果：
　　 Al2O3襯底上所生長p型ZnO薄膜載流子的濃度為2.1×1016cm-3，電阻率為51.8Ω·cm，遷移率為5c㎡/V·s。 X射線衍射（XRD）和原子力顯微鏡（AFM）的結(jié)果顯示退火后（002）峰強(qiáng)度降低，晶粒尺寸增加且更不均勻。X射線光電子能譜（XPS）分析結(jié)果顯示，高溫退火使薄膜中Oi的比例增大，N主要以Zn-N鍵的形式摻入到薄膜。退火所導(dǎo)

3、致的Zn-N鍵的密度增加及N活性受主相對(duì)比例增大使薄膜導(dǎo)電呈現(xiàn)p型導(dǎo)電特征。退火后Raman光譜E2（high）振動(dòng)模式半寬度變寬表明了薄膜氧原子數(shù)量的增加，Al（LO）振動(dòng)模式譜峰位置的紅移驗(yàn)證了薄膜載流予種類的變化。
　　 在n型Si（100）和p型Si（100）襯底上生長了N-Al共摻ZnO薄膜，發(fā)現(xiàn)p型Si襯底上生長n型薄膜，n型Si襯底上能夠獲得較好晶格結(jié)構(gòu)的p型薄膜，經(jīng)退火薄膜導(dǎo)電類型不變，說明通過襯底選擇能提高生長

4、薄膜的化學(xué)勢，降低受主缺陷的形成能，使薄膜表現(xiàn)出p型導(dǎo)電。通過合適的氮?dú)鈸饺?，?shí)現(xiàn)了n型Si襯底上p型ZnO薄膜的控制生長。不同氮?dú)饬髁肯?，薄膜晶格結(jié)構(gòu)和導(dǎo)電類型之間的關(guān)系分析結(jié)果顯示，固定Al元素含量的條件下，獲得具有p型導(dǎo)電和較高的晶格質(zhì)量的ZnO薄膜存在最佳的氮?dú)鈸饺霔l件。各種元素價(jià)鍵結(jié)構(gòu)的XPS分析結(jié)果表明，薄膜中Al主要以N-Al鍵的形式存在，No受主態(tài)的濃度較之在Al2O3襯底中明顯增加，這是薄膜表現(xiàn)為p型的主要原因。低溫光