【摘要】：Mg_xZn_(1-x)O三元合金材料可以通過(guò)調(diào)節(jié)材料中Mg組分大小實(shí)現(xiàn)帶隙從3.37eV-7.8 eV可調(diào),同時(shí)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(diǎn),使得它成為制備紫外光電探測(cè)器的熱門(mén)材料之一。同時(shí)由于其在高鎂組分(x0.5)下的探測(cè)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(cè)器的研究領(lǐng)域具有很高的研究?jī)r(jià)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(lái)改善薄膜高鎂組分下的高阻問(wèn)題以及分相或單一相多晶體取向并存的問(wèn)題。主要研究?jī)?nèi)容如下:首先,本文針對(duì)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(guò)固定其它參數(shù),分別改變?yōu)R射壓強(qiáng)、濺射功率、氧氬比以及退火溫度制備出四組薄膜樣品。通過(guò)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(jiàn)光譜儀以及霍爾效應(yīng)測(cè)試對(duì)薄膜進(jìn)行研究,結(jié)果表明生長(zhǎng)的MgZnO:Ga薄膜只出現(xiàn)了單一的立方相(111)取向,通過(guò)分別對(duì)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(duì)比研究,得到制備薄膜最佳的工藝參數(shù)為:濺射壓強(qiáng)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(zhǎng)了未摻Ga的MgZnO薄膜,通過(guò)對(duì)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(shí)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(zhǎng)對(duì)MgZnO:Ga薄膜的影響,發(fā)現(xiàn)在不同的緩沖層上生長(zhǎng)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(duì)其光電性能進(jìn)行了研究,器件I-V特性測(cè)試發(fā)現(xiàn),光照下,電導(dǎo)率明顯上升;光電響應(yīng)測(cè)試發(fā)現(xiàn),當(dāng)外加電壓為10 V時(shí),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(duì)深紫外UVC波段進(jìn)行探測(cè)的能力。同時(shí)也發(fā)現(xiàn)Ga摻雜以及CuO緩沖層的生長(zhǎng),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(zhǎng)了p-CuO/n-MgZnO:Ga的p-n結(jié)結(jié)構(gòu)薄膜,通過(guò)在無(wú)光照條件下對(duì)其進(jìn)行I-V特性曲線測(cè)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(cè)材料的潛力;論文最后還嘗試了利用N2作為氮源通過(guò)改變氮?dú)灞冗M(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(duì)薄膜出現(xiàn)n型導(dǎo)電類(lèi)型的機(jī)制進(jìn)行了分析,原因是N2作為氮源進(jìn)行氮摻雜時(shí)會(huì)同時(shí)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(bǔ)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(lèi)型。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類(lèi)號(hào)】：TB383.2

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2424261