發(fā)布時間：2019-02-16 08:40

【摘要】：Mg_xZn_(1-x)O三元合金材料可以通過調(diào)節(jié)材料中Mg組分大小實現(xiàn)帶隙從3.37eV-7.8 eV可調(diào),同時由于其具備匹配的單晶襯底(ZnO和MgO),以及其它寬禁帶半導(dǎo)體材料所具有的優(yōu)點,使得它成為制備紫外光電探測器的熱門材料之一。同時由于其在高鎂組分(x0.5)下的探測波段正好處于日盲紫外UVC波段(220nml280nm),因此在日盲紫外光電探測器的研究領(lǐng)域具有很高的研究價值及應(yīng)用前景。但是如何有效的抑制Mg_xZn_(1-x)O薄膜的相分離,使薄膜呈現(xiàn)單一的晶體取向以及提高薄膜的電學(xué)性能,成為了研究的關(guān)鍵,本文采用Ga摻雜制備MgZnO:Ga薄膜材料,來改善薄膜高鎂組分下的高阻問題以及分相或單一相多晶體取向并存的問題。主要研究內(nèi)容如下:首先,本文針對MgZnO:Ga薄膜的制備工藝參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化:在石英襯底上采用射頻磁控濺射的方法,通過固定其它參數(shù),分別改變?yōu)R射壓強、濺射功率、氧氬比以及退火溫度制備出四組薄膜樣品。通過X射線衍射(XRD),X射線光電子能譜(XPS),原子力掃描(AFM)、掃描電子顯微鏡(SEM)、紫外可見光譜儀以及霍爾效應(yīng)測試對薄膜進(jìn)行研究,結(jié)果表明生長的MgZnO:Ga薄膜只出現(xiàn)了單一的立方相(111)取向,通過分別對薄膜的晶體質(zhì)量,表面形貌以及電學(xué)和光學(xué)性能進(jìn)行分析對比研究,得到制備薄膜最佳的工藝參數(shù)為:濺射壓強為0.5 Pa、濺射功率為100W,氧氬比為8:32,退火溫度為500°C。其次,在相同的濺射參數(shù)下,生長了未摻Ga的MgZnO薄膜,通過對比Ga摻雜制備的MgZnO:Ga薄膜,發(fā)現(xiàn)Ga摻雜有利于促進(jìn)單一立方相的形成,且在(111)方向擇優(yōu)取向;同時能夠增大薄膜的載流子濃度和電子遷移率。并且發(fā)現(xiàn)能夠使薄膜的光學(xué)透射邊發(fā)生藍(lán)移,分析認(rèn)為這主要是由于薄膜內(nèi)部Mg組分升高和摻雜引起的Burstein-Moss效應(yīng),兩者共同作用的結(jié)果。再者,研究了緩沖層(ZnO和CuO)的生長對MgZnO:Ga薄膜的影響,發(fā)現(xiàn)在不同的緩沖層上生長的MgZnO:Ga薄膜的晶體取向不同,并且發(fā)現(xiàn)薄膜樣品的透射和發(fā)射光譜都發(fā)生了紅移;在此基礎(chǔ)上,制備了MgZnO:Ga基光電導(dǎo)器件,對其光電性能進(jìn)行了研究,器件I-V特性測試發(fā)現(xiàn),光照下,電導(dǎo)率明顯上升;光電響應(yīng)測試發(fā)現(xiàn),當(dāng)外加電壓為10 V時,在220 nm處出現(xiàn)了響應(yīng)峰,響應(yīng)度達(dá)到了1.09×10~(-2) A/W,響應(yīng)截止邊位于230 nm處,顯示出所制備的光電導(dǎo)型器件具有對深紫外UVC波段進(jìn)行探測的能力。同時也發(fā)現(xiàn)Ga摻雜以及CuO緩沖層的生長,有助于提高器件的響應(yīng)度。另外,在石英襯底上利用磁控濺射成功生長了p-CuO/n-MgZnO:Ga的p-n結(jié)結(jié)構(gòu)薄膜,通過在無光照條件下對其進(jìn)行I-V特性曲線測試,發(fā)現(xiàn)了較為明顯的整流效應(yīng),顯示出具備作為制備MgZnO:Ga基光伏型探測材料的潛力;論文最后還嘗試了利用N2作為氮源通過改變氮氬比進(jìn)行氮摻雜制備p型MgZnO:Ga材料,但是薄膜均呈現(xiàn)n型導(dǎo)電,因此本文對薄膜出現(xiàn)n型導(dǎo)電類型的機制進(jìn)行了分析,原因是N2作為氮源進(jìn)行氮摻雜時會同時引入(N)o受主型缺陷和(N2)o施主型缺陷,再加上薄膜中的Zni的本征施主型缺陷,由于自補償效應(yīng),最終使薄膜p型摻雜失敗,而呈現(xiàn)出n型導(dǎo)電類型。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TB383.2

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2424261