薄膜材料的發(fā)展與應(yīng)用正在人民生活的各個(gè)方面發(fā)揮著重要作用。目前,人們對(duì)薄膜材料的研究在寬禁帶半導(dǎo)體薄膜方面發(fā)展比較突出。ZnO是一種新型的Ⅱ-Ⅵ化合物半導(dǎo)體材料,具有3.37eV室溫禁帶寬度和60meV的室溫激子結(jié)合能。大量研究表明,ZnO薄膜已在表面聲波器件、氣敏器件、壓敏器件、光探測(cè)器件以及太陽(yáng)能電池領(lǐng)域等方面得到較為廣泛的應(yīng)用。制備高質(zhì)量ZnO薄膜,一直是研究的核心和熱點(diǎn)內(nèi)容。 本文在Si襯底上,用磁控濺射設(shè)備成功制備了純ZnO薄膜和Al-N共摻雜ZnO薄膜,用X射線衍射(XRD)、原子力顯微鏡(AFM)、Hall測(cè)試儀等方法研究了不同襯底溫度、濺射功率及氮?dú)饬髁織l件對(duì)ZnO薄膜晶體結(jié)構(gòu)、表面形貌及電學(xué)性能的影響,并在同樣濺射條件下,對(duì)兩種薄膜進(jìn)行了AFM、XRD、Hall測(cè)試對(duì)比分析。 結(jié)果表明,無(wú)論有無(wú)摻雜,ZnO薄膜都具有高度的C軸擇優(yōu)取向。摻雜并未改變ZnO薄膜的晶格結(jié)構(gòu),Al和N原子,只是取代了ZnO晶格結(jié)構(gòu)中Zn和O的位置。無(wú)摻雜的情況下,薄膜隨著襯底溫度從RT增大到300℃的過(guò)程中,ZnO(002)面衍射峰的強(qiáng)度先增大,后減小,當(dāng)襯底溫度到250℃時(shí),衍射峰強(qiáng)度達(dá)到最大；當(dāng)濺射功率從60W增大到120W的過(guò)程中,ZnO(002)面衍射峰的強(qiáng)度呈先增大,后減小的趨勢(shì)。當(dāng)濺射功率達(dá)到100W時(shí),衍射峰強(qiáng)度達(dá)到最大。在Al-N共摻雜情況下,ZnO薄膜隨著襯底溫度從RT增大至300℃過(guò)程中,當(dāng)襯底溫度到250℃時(shí),衍射峰強(qiáng)度達(dá)到最大,薄膜結(jié)晶質(zhì)量達(dá)到最佳,載流子遷移率達(dá)到最高,薄膜是納米級(jí)的,粗糙度較低,平整度較好,且變化較小,維持在10nm左右。當(dāng)濺射功率從60W-120W增大的過(guò)程中,ZnO(002)面衍射峰的強(qiáng)度不斷增大,薄膜表面的晶粒尺寸和粗糙度變大,在濺射功率為100W時(shí),遷移率有極大值為7.3cm2V-1S-1,電子載流子濃度先減少后變化不大。當(dāng)?shù)獨(dú)饬髁繌?sccm增大至35sccm時(shí),(002)晶面沿c軸取向生長(zhǎng)ZnO衍射峰的20值,向大角度方向移動(dòng),氮?dú)饬髁繛?5sccm結(jié)晶最好,薄膜具有較高的空穴載流子濃度。在同樣濺射條件下,對(duì)兩種薄膜進(jìn)行對(duì)比分析得出摻雜ZnO薄膜表面的均勻性和致密性得到了很大程度的改善,平整度較好,且變化較小,粗糙度更小,半峰寬減小,體載流子濃度及遷移率都比純ZnO薄膜的高。
【學(xué)位單位】：牡丹江師范學(xué)院
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2013
【中圖分類(lèi)】：O484.1
【文章目錄】：
中文摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 引言
    1.2 ZnO薄膜的晶體結(jié)構(gòu)和性能與應(yīng)用
        1.2.1 ZnO薄膜的晶體結(jié)構(gòu)
        1.2.2 ZnO薄膜的基本性質(zhì)
        1.2.3 光電方面的應(yīng)用
        1.2.4 壓電方面的應(yīng)用
        1.2.5 氣敏方面的應(yīng)用
        1.2.6 壓敏方面的應(yīng)用
    1.3 ZnO的缺陷與摻雜
        1.3.1 ZnO的本征缺陷
        1.3.2 ZnO的n型摻雜
        1.3.3 ZnO的p型摻雜
        1.3.4 施主-受主共摻雜概述
    1.4 本文的研究?jī)?nèi)容
第2章 ZnO薄膜的制備方法及性能表征手段
    2.1 ZnO薄膜的制備方法
        2.1.1 金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積(MOCVD)
        2.1.2 溶膠一凝膠法(sol-gel)
        2.1.3 噴霧熱解方法(spray pyrolysis)
        2.1.4 脈沖激光沉積法(PLD)
        2.1.5 分子束外延法(MBE)
    2.2 磁控濺射
        2.2.1 磁控濺射法概述
        2.2.2 磁控濺射原理
        2.2.3 磁控濺射的基本過(guò)程
        2.2.4 磁控濺射沉積的分類(lèi)
        2.2.5 多靶磁控濺射技術(shù)
        2.2.6 輝光放電原理
    2.3 ZnO薄膜的性能表征手段
        2.3.1 X射線衍射(XRD)
        2.3.2 掃描電子顯微鏡(SEM)
        2.3.3 原子力顯微鏡(AFM)
        2.3.4 霍爾效應(yīng)測(cè)試(Hall)
    2.4 本章小結(jié)
第3章 ZnO薄膜的制備與生長(zhǎng)取向研究
    3.1 引言
    3.2 ZnO薄膜的制備
        3.2.1 實(shí)驗(yàn)裝置
        3.2.2 襯底的預(yù)處理
        3.2.3 ZnO薄膜制備的流程
    3.3 ZrO薄膜制備及結(jié)果與討論
        3.3.1 不同襯底溫度對(duì)ZnO薄膜生長(zhǎng)取向的影響
        3.3.2 不同濺射功率對(duì)ZnO薄膜生長(zhǎng)取向的影響
    3.4 小結(jié)
第4章 Al-N共摻雜氧化鋅薄膜的制備及表征
    4.1 引言
    4.2 不同襯底溫度下Al-N共摻雜ZnO薄膜的制備
        4.2.1 襯底溫度對(duì)表面形貌的影響
        4.2.2 襯底溫度對(duì)薄膜結(jié)構(gòu)的影響
        4.2.3 襯底溫度對(duì)薄膜電學(xué)性能的影響
    4.3 不同濺射功率下Al-N共摻雜氧化鋅薄膜的制備
        4.3.1 濺射功率對(duì)薄膜表面形貌的影響
        4.3.2 濺射功率對(duì)薄膜結(jié)構(gòu)的影響
        4.3.3 濺射功率對(duì)薄膜電學(xué)性能的影響
    4.4 不同氮?dú)饬髁肯耑nO薄膜的制備
        4.4.1 氮?dú)饬髁繉?duì)ZnO薄膜表面形貌的影響
        4.4.2 氮?dú)饬髁繉?duì)ZnO薄膜結(jié)構(gòu)性能的影響
        4.4.3 氮?dú)饬髁繉?duì)ZnO薄膜電學(xué)性能的影響
    4.5 本章小結(jié)
第5章 相同濺射條件下?lián)诫s與非摻雜ZnO薄膜的對(duì)比分析
    5.1 引言
    5.2 Al-N共摻雜ZnO薄膜與純ZnO薄膜的制備
    5.3 Al-N共摻雜ZnO薄膜與純ZnO薄膜AFM測(cè)試對(duì)比
    5.4 Al-N共摻雜ZnO薄膜與純ZnO薄膜XRD測(cè)試對(duì)比
    5.5 Al-N共摻雜ZnO薄膜與純ZnO薄膜hall測(cè)試對(duì)比
    5.6 本章小結(jié)
結(jié)論
參考文獻(xiàn)
攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文
致謝

【參考文獻(xiàn)】

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1 李戈揚(yáng),施曉蓉,辛挺輝,吳亮,李鵬興;TiN/AlN 納米混合膜的微結(jié)構(gòu)及力學(xué)性能[J];上海交通大學(xué)學(xué)報(bào);1999年02期

2 邊超,姚寧,張?zhí)m,楊仕娥,張兵臨;ZnO薄膜發(fā)光特性的研究進(jìn)展[J];真空與低溫;2003年02期

本文編號(hào)：2837855