氧化鋅(ZnO)作為Ⅱ-Ⅵ直接寬帶隙(3.37eV)半導(dǎo)體材料,室溫下其禁帶寬度與氮化鎵(GaN)相近,激子束縛能高達60 meV,是GaN(約25 meV)的兩倍之多,有望實現(xiàn)室溫激子型發(fā)光器件和低閾值激光器件,是繼GaN之后最具競爭力的藍光或紫外光電器件材料,被廣泛應(yīng)用于短波長光電器件領(lǐng)域及稀磁半導(dǎo)體材料。關(guān)于ZnO材料的研究,目前存在爭議較大的方向主要有兩個:首先是ZnO在稀磁半導(dǎo)體中的應(yīng)用,特別是d~0鐵磁性的來源存在很大爭議。大部分的研究者都認為未摻雜的ZnO薄膜的室溫鐵磁性跟ZnO內(nèi)部的本征點缺陷如(V_(Zn)、V_O、Zn_i、O_i)密不可分,但他們彼此的結(jié)論相互矛盾。其次是關(guān)于ZnO薄膜的p型摻雜,主要是其p型轉(zhuǎn)變及其穩(wěn)定性的機理尚不明晰。雖然隨著研究進程的深入人們逐漸回歸本質(zhì),認為ZnO內(nèi)部的點缺陷對其有重要作用,但仍沒有一個統(tǒng)一的結(jié)論。基于以上兩個問題,本文做了兩個不同實驗進行探究。第一個實驗是采用射頻磁控濺射技術(shù)在a-、c-m-和r-四個藍寶石襯底面上分別制備了純ZnO薄膜;第二個實驗是借助射頻磁控濺射、離子注入及退火技術(shù)分別制備了大量的In-N共摻p型ZnO薄膜,其中部分樣品還會通過后期低溫加速處理。二者都結(jié)合現(xiàn)代檢測技術(shù)對ZnO薄膜內(nèi)部缺陷的調(diào)控、p型轉(zhuǎn)變機制及其穩(wěn)定性等相關(guān)方面開展了一系列的研究工作,得到以下主要結(jié)論:(1)不同晶面取向的藍寶石襯底對純ZnO薄膜的缺陷種類和密度有較大影響。其中a面藍寶石基底上的ZnO薄膜缺陷密度最大;c面藍寶石基底上的ZnO薄膜更容易產(chǎn)生V_O缺陷,V_O濃度最高。(2)未摻雜ZnO薄膜中觀察到的d~0鐵磁性跟ZnO薄膜的內(nèi)在缺陷無關(guān),很有可能來源于ZnO/Al_2O_3界面效應(yīng)。(3)改變傳統(tǒng)的一次性退火實現(xiàn)p型薄膜的工藝,采用兩步退火法,包括時間和氣氛改變,能大幅提高p型ZnO:In-N薄膜的成功率,從20%提高到90%以上。(4)高溫退火獲得的p型樣品,其性能并未到達峰值。后期的低溫處理仍能消除薄膜內(nèi)的部分間隙Zn,進一步提高薄膜的p型導(dǎo)電性能。但隨著熱處理次數(shù)的增加,p型ZnO薄膜中間隙Zn缺陷反而上升(不斷補償空穴),最終向n型導(dǎo)電轉(zhuǎn)變。即是說,間隙Zn缺陷是導(dǎo)致ZnO:In-N薄膜p型轉(zhuǎn)變的重要因素,同時對于其p型穩(wěn)定性也至關(guān)重要。
【學位單位】：重慶師范大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：TB383.2;TQ132.41
【部分圖文】：

圖 1.1 ZnO 三種晶體結(jié)構(gòu)Fig.1.1 Three types of ZnO crystal structures：（a）hexagonal wurtzite；（b）cubic zinc blende；（c）cubic rocksalt.（c）六方纖鋅礦（a）四方巖鹽礦 （b）立方閃鋅礦

圖 2.1 電子在靶面運動的坐標系以及二次電子沿環(huán)形跑道做旋輪線運動 The coordinate system of electrons moving on the target surface and the secondary emaking the rotary line motion along the circular runway.實驗中用到的真空鍍膜設(shè)備是射頻磁控濺射鍍膜儀，其工藝流程圖

圖 2.2 磁控濺射工藝流程圖g. 2.2 Flow technics of radio frequency magnetron sputtering.技術(shù)

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本文編號：2817566