離子注入摻雜及退火處理對ZnO薄膜性能影響的研究.pdf

1、氧化鋅(ZnO)是一種重要的寬禁帶(室溫下Eg=3.37eV)直接帶隙半導(dǎo)體材料，其激子束縛能高達(dá)60meV。在紫外光探測器、短波長發(fā)光二極管、激光器二極管、太陽能電池等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。為了使得ZnO薄膜能廣泛應(yīng)用于各類光電器件，有必要改善(或者改變)ZnO薄膜的物理、化學(xué)等性能，在ZnO薄膜中摻入雜質(zhì)元素和熱退火處理就是其中兩種重要的方法，尤其是ZnO薄膜的p型摻雜顯得尤為重要。離子注入技術(shù)是當(dāng)前半導(dǎo)體材料一種重要的摻雜技術(shù)。

2、 本論文是利用離子注入技術(shù)進(jìn)行摻雜和熱退火處理對ZnO薄膜改性，采用X射線衍射(XRD)譜、透射光譜、光致發(fā)光譜(PL)、X-Ray光電子能譜(XPS)和四探針等，分別研究了Zn離子和N離子注入ZnO-薄膜和注入后樣品退火的結(jié)構(gòu)、光學(xué)和電學(xué)性能，主要得到以下結(jié)果： 1.利用溶膠-凝膠法在石英玻璃襯底上制備ZnO薄膜，室溫下劑量為1×1017cm-2，能量56KeV的Zn離子注入ZnO薄膜中，離子注入后，樣品分別在500-

3、900℃的氬氣氣氛中進(jìn)行退火處理1h，結(jié)果顯示：離子注入后，樣品的XRD衍射峰強(qiáng)度減小，近帶邊紫外發(fā)射峰(NBE)和深能級(jí)缺陷發(fā)射峰(DLE)強(qiáng)度都減弱；注入后熱退火處理，衍射峰在-700℃退火后得到恢復(fù)；當(dāng)退火溫度小于600℃時(shí)，吸收邊隨著退火溫度的提高發(fā)生藍(lán)移，超過600℃時(shí)，吸收邊隨著退火溫度的提高發(fā)生紅移；NBE峰和DLE峰都隨退火溫度的提高而增強(qiáng)。 2.利用溶膠.凝膠法在(0001)Al2O3襯底上制備了Al/Zn原子

4、分?jǐn)?shù)比為1％的ZnO：Al薄膜，將能量56KeV、劑量1×1017cm-2的N離子注入到薄膜中。離子注入后，樣品在500-900℃氮?dú)鈿夥罩型嘶?。結(jié)果顯示：在800℃以下退火，隨退火溫度提高，薄膜結(jié)晶性能逐漸變好；在600℃以上退火，隨退火溫度提高，NBE峰和DLE峰都逐漸增強(qiáng)；600℃退火時(shí)，樣品的電阻率僅為83Ωcm 。 3.利用溶膠.凝膠法在石英玻璃襯底上制備了ZnMgO：Al(Mg/Zn原子分?jǐn)?shù)比為10％，Al/Zn原子

5、分?jǐn)?shù)比為1％)薄膜,將能量60KeV、劑量1×1017cm/cm-2的N離子注入到薄膜中。離子注入后，樣品在500-800℃氮?dú)鈿夥罩型嘶稹＝Y(jié)果發(fā)現(xiàn)：離子注入后，所有衍射峰消失；樣品在可見光區(qū)的光學(xué)透過率明顯下降；光學(xué)帶寬發(fā)生紅移；NBE峰和DLE峰都減弱。離子注入后退火，XRD衍射峰出現(xiàn)并隨退火溫度升高逐漸增強(qiáng)；隨退火溫度上升，在可見光區(qū)的光學(xué)透過率逐漸增強(qiáng)，NBE峰和DLE峰也都逐漸增強(qiáng)。 4.利用溶膠-凝膠法在石英玻璃襯底