過渡金屬氧族化合物半導(dǎo)體的光電特性研究
本文關(guān)鍵詞：過渡金屬氧族化合物半導(dǎo)體的光電特性研究 出處：《中國(guó)科學(xué)院研究生院(長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所)》2016年博士論文 論文類型：學(xué)位論文
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【摘要】：過渡金屬由于價(jià)層d軌道的特殊性導(dǎo)致其氧族化合物半導(dǎo)體材料體系具備多種特殊的物理性質(zhì):如鐵電性,鐵磁性,熱電效應(yīng),磁電耦和,光電效應(yīng)等。無論是在傳統(tǒng)光電材料領(lǐng)域,還是在新興的低維材料領(lǐng)域,該材料體系均引起各國(guó)科研人員的重視并被廣泛研究。如何通過摻雜,改變晶體結(jié)構(gòu)等手段調(diào)節(jié)半導(dǎo)體能帶結(jié)構(gòu),來控制其電學(xué)光學(xué)性質(zhì)并最終得到實(shí)用化材料一直是半導(dǎo)體材料研究的熱點(diǎn)。本論文針對(duì)寬帶隙氧化鋅材料的P型摻雜問題,黑色二氧化鈦微波吸收機(jī)理問題進(jìn)行了深入實(shí)驗(yàn)研究,并利用第一性原理計(jì)算方法對(duì)釓硫?qū)倩衔锏碾娮咏Y(jié)構(gòu)進(jìn)行了理論研究,具體工作內(nèi)容如下:(1)氧化鋅材料被認(rèn)為是一種制備低閾值紫外激光器的候選材料,但穩(wěn)定低阻的P型氧化鋅薄膜難以獲得,制約了氧化鋅材料的發(fā)展。本文采用等離子體輔助的分子束外延設(shè)備,在氧化鋅單晶襯底的Zn極性面外延氮摻雜薄膜,通過X射線光電子能譜證實(shí)了Zn極性面更利于氮元素的摻入。通過生長(zhǎng)漸變組分氮摻雜MgZnO薄膜,通過極化場(chǎng)誘導(dǎo)NO受主離化,成功得到具有良好整流特性的PN結(jié)型器件。對(duì)該器件進(jìn)行光電響應(yīng)測(cè)試,發(fā)現(xiàn)該器件可以再0V電壓下對(duì)紫外光響應(yīng),并具備良好的波長(zhǎng)選擇特性。我們認(rèn)為極化誘導(dǎo)摻雜提供了一種氮摻雜制備P型氧化鋅的可行方案。(2)無序工程方法制備的黑色二氧化鈦納米粒子被證實(shí)是一種強(qiáng)微波吸收材料,其微波反射損耗可以達(dá)到-49dB(99.99999%)。由于Ti O2是材料是非磁性的寬禁帶半導(dǎo)體材料,所以傳統(tǒng)的微波吸收機(jī)理如偶極旋轉(zhuǎn),鐵磁共振對(duì)黑色二氧化鈦并不適用。本文采用一種簡(jiǎn)易可行的納秒激光燒蝕技術(shù),將原生二氧化鈦至于去離子水中燒蝕,成功制得完全非晶的黑色二氧化鈦納米粒子。通過對(duì)該納米粒子電磁參數(shù)測(cè)試并計(jì)算得到其微波反射損耗能力,我們的結(jié)果表明完全非晶的黑色二氧化鈦不能實(shí)現(xiàn)強(qiáng)微波吸收,這就說明無序工程的強(qiáng)微波特性并非來源于非晶殼層的雜質(zhì)和缺陷�？紤]的無序工程黑色二氧化鈦的核殼結(jié)構(gòu),我們認(rèn)為其強(qiáng)微波吸收是通過核心與殼層協(xié)同機(jī)制實(shí)現(xiàn)的。通過有限元數(shù)值計(jì)算,我們認(rèn)為在核殼界面累積的電子與微波相互作用可以形成等離子體共振,進(jìn)而通過電導(dǎo)損耗實(shí)現(xiàn)了強(qiáng)微波吸收。我們的實(shí)驗(yàn)及理論結(jié)果表明,無序工程開辟了用氧化物半導(dǎo)體實(shí)現(xiàn)強(qiáng)微波吸收的新途徑。(3)光子以及帶電粒子可以通過激發(fā)半導(dǎo)體材料使其能量轉(zhuǎn)化為半導(dǎo)體中的電子和空穴,因此半導(dǎo)體探測(cè)器可以對(duì)它們高效響應(yīng)。然而,對(duì)于核輻射的中子,傳統(tǒng)的半導(dǎo)體材料無能為力,因?yàn)閭鹘y(tǒng)半導(dǎo)體材料大多不具備中子俘獲能力。鑭系元素釓在所有元素中具有最高的中子俘獲截面,為了找到合適的中子探測(cè)半導(dǎo)體材料,我們通過第一性原理計(jì)算研究了釓硫?qū)倩衔锏哪軒ЫY(jié)構(gòu)。結(jié)果表明g相硒化釓(g-Gd2Se3)具有合適的禁帶寬度1.76eV,同時(shí)間接帶隙特性又保證了它的載流子具有較長(zhǎng)的壽命。因此我們認(rèn)為在能夠生長(zhǎng)出大面積高晶體質(zhì)量的硒化釓晶體前提下,可以用該材料實(shí)現(xiàn)具有單中子靈敏度的半導(dǎo)體中子探測(cè)器。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)院研究生院(長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：O472
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，本文編號(hào)：1307860
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