本文關(guān)鍵詞：氧化鋅超細(xì)顆粒及氧化鋅薄膜的光電性能研究

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【摘要】：ZnO的禁帶寬度為3.37eV,激子束縛能高達(dá)60meV,是新一代直接寬帶隙半導(dǎo)體材料,并具有十分優(yōu)異的光電性能。ZnO原材料豐富,成本低廉,將其應(yīng)用于發(fā)光器件將大大降低制備器件的成本。本文研究了氧化鋅超細(xì)顆粒及氧化鋅薄膜的微結(jié)構(gòu)及其光電性能。采用XRD、SEM等手段表征了具有不同晶粒尺寸的ZnO顆粒的微結(jié)構(gòu),通過測試其PL和EPR譜研究其光電性能。采用固相反應(yīng)法制備了ZnOZnMgO和NiO陶瓷靶材,研究制備工藝對靶材致密度和收縮率的影響；用磁控濺射法制備了ZnO薄膜,以XRD、SEM等手段表征其微觀結(jié)構(gòu),用紫外-可見光分光光度計(jì)測試薄膜的光學(xué)透過率及其吸收值,計(jì)算了ZnO薄膜可見光平均透過率和光學(xué)帶隙,探討了ZnO薄膜制備過程中濺射功率、襯底溫度、膜厚對薄膜微結(jié)構(gòu)和光學(xué)性能的影響。采用磁控濺射法制備了n-ZnO/p-Si、n-ZnO/p-NiO等異質(zhì)結(jié),用半導(dǎo)體電阻及霍爾系數(shù)測試系統(tǒng)測試其電學(xué)性能。得到以下主要實(shí)驗(yàn)結(jié)果：(1)SEM結(jié)果顯示,納米氧化鋅顆粒經(jīng)不同溫度下加熱,隨著加熱溫度的升高,由于晶粒聚合,導(dǎo)致晶粒尺寸迅速增大。晶粒尺寸對氧化鋅顆粒的光譜特性有較大的影響,隨著加熱溫度的升高,晶粒尺寸增大,氧化鋅顆粒的紫外光(UV)與可見光(VS)輻射強(qiáng)度的比值減小,這可歸因于界面缺陷減少。(2)EPR結(jié)果表明,未進(jìn)行加熱處理的納米氧化鋅在g=1.957處存在一個(gè)單一的共振峰,這是由淺施主Znj引起的。當(dāng)氧化鋅顆粒的加熱溫度超過1000℃時(shí),在g=2.146處的共振峰信號(hào)迅速增強(qiáng),這可能是由于晶粒聚合后,界面減少,樣品受氧的影響增強(qiáng)。(3)在ZnO晶粒中存在幾種促進(jìn)半導(dǎo)體材料導(dǎo)電和發(fā)光的缺陷中心,如替位原子、鋅空位、氧空位及間隙原子等。(4)ZnO靶材在燒結(jié)過程中,大部分水分在220℃時(shí)揮發(fā),而有機(jī)物(PVA)則在640℃發(fā)生反應(yīng)并分解排出,且當(dāng)溫度達(dá)到1225℃時(shí)ZnO靶材發(fā)生組織間的溶解,有液相產(chǎn)生。ZnO靶材在燒結(jié)過程中于1225℃處保溫一段時(shí)間,晶粒緊密排列在一起,且氣孔變小,并在晶粒之間的空隙處發(fā)現(xiàn)有玻璃相存在,這在很大程度上降低了靶材的孔隙率從而提高其致密度。(5)當(dāng)襯底溫度為300℃時(shí),用磁控濺射法制備的ZnO薄膜的結(jié)晶性能較好,溫度過高或過低都會(huì)使薄膜的結(jié)晶質(zhì)量變差；濺射功率為150 W時(shí),ZnO薄膜的結(jié)晶性能較好,功率過高或過低都會(huì)使薄膜的結(jié)晶質(zhì)量變差；而薄膜厚度對結(jié)晶性影響不大。不同濺射工藝所制備的ZnO薄膜的透過率高于86%。(6)不同襯底溫度下生長的ZnO薄膜的光學(xué)帶隙Eg在3.24～3.27 eV范圍內(nèi),且當(dāng)襯底溫度為300℃時(shí)較大,過高或過低的溫度都會(huì)使Eg減��；不同的濺射功率下ZnO薄膜的光學(xué)帶隙的變化范圍為3.22～3.28 eV,當(dāng)功率為150W時(shí)較大,過高或過低的功率都會(huì)使Eg減小；不同膜厚的ZnO薄膜的光學(xué)帶隙無明顯的變化規(guī)律。光學(xué)帶隙的變化可能是由于晶格缺陷引起的。(7)ZnO薄膜在Si基片上沿C軸擇優(yōu)生長,但晶格失配較大,薄膜結(jié)晶質(zhì)量不好,在ZnO薄膜與Si基片之間引入一層SiO2薄膜之后,ZnO薄膜的晶粒尺寸變大,結(jié)晶質(zhì)量得到提高。p-Si/n-ZnO和p-Si/SiO2/n-ZnO異質(zhì)結(jié)都反映出了比較好整流特性,相比而言p-Si/SiO2/n-ZnO異質(zhì)結(jié)的開啟電壓較小,整流比要大。SiO2薄膜層的引入在一定程度上改善了異質(zhì)結(jié)的整流特性。(8) p-NiO/n-ZnO異質(zhì)結(jié)的整流效應(yīng)并不明顯,引入一層MgZnO電子阻擋層后,開啟電壓減小,在0.5 V左右,整流比提高,器件的整流特性得到改善,并可觀察到器件微弱的發(fā)光現(xiàn)象。
【學(xué)位授予單位】：廣西大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TN304.21;O484.4

【參考文獻(xiàn)】

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1 高睿超;彭志堅(jiān);符秀麗;;Fe_2O_3摻雜對TiO_2-Ta_2O_5基壓敏陶瓷顯微結(jié)構(gòu)和電性能的影響[J];稀有金屬材料與工程;2015年S1期

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本文編號(hào)：1260093