隨著紫外探測技術(shù)在生產(chǎn)生活及軍事領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用,獲取成本低且性能優(yōu)異的紫外探測器已成為當(dāng)前最熱門的研究方向之一。ZnO作為第三代寬禁帶直接帶隙的半導(dǎo)體材料,由于其優(yōu)良的特性在光電器件應(yīng)用中引起了廣泛關(guān)注。為了改善ZnO薄膜的質(zhì)量和提升其光電性能,從而制備出性能更好的ZnO紫外光電探測器,本論文進行了如下的研究工作:采用射頻磁控濺射的方法在玻璃襯底上制備了不同退火處理下的ZnO薄膜,得到500℃氧氣氛圍中退火的ZnO薄膜具有最好的薄膜質(zhì)量和電學(xué)性能。同時采用射頻和直流共濺射的方法制備了 Nb和Sn摻雜的ZnO薄膜,Nb摻雜ZnO薄膜隨直流濺射功率的增加,晶粒大小和表面粗糙度都減小,光學(xué)帶隙逐漸增大,在10 W具有最好的電學(xué)性能;而Sn摻雜ZnO薄膜在直流濺射功率為15 W時,晶粒尺寸和表面粗糙度最小,同時電學(xué)性能最好。結(jié)果表明退火和摻雜的薄膜都具備更好的特性,這對探測器的性能提升奠定了基礎(chǔ)。在制備得到的ZnO薄膜上制作了 MSM結(jié)構(gòu)光電探測器,首先研究了不同電極材料選擇對探測器的影響,發(fā)現(xiàn)Au電極比Ag電極探測器紫外響應(yīng)性能更好;其次研究了不同退火處理對探測器的影響,得到500℃氧氣氛圍... 

【文章來源】：西安理工大學(xué)陜西省

【文章頁數(shù)】：78 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

磁控濺射原理示意圖

電子，二次電子在電場作用下離化濺射離子，從而形成放電自持，最后使得靶材原子沉積在襯底基片上形成薄膜。直流濺射方式只適用于導(dǎo)電性能好的靶材材料薄膜的制備，不適用于絕緣陶瓷材料薄膜的制備，這是由于在直流條件下，靶材在被離子轟擊的過程中，會產(chǎn)生大量的正電荷，對于導(dǎo)電性能好的靶材，可以將正電荷傳遞給陰極并中和，而對于絕緣材料的靶材來說，它被轟擊產(chǎn)生的電荷無法及時的中和掉，從而導(dǎo)致靶材表面的電位迅速升高，直流電源幾乎將全部電壓施加到靶材上，從而導(dǎo)致氣體電離減弱，最終導(dǎo)致濺射生長過程終止。圖2-2共濺射原理示意圖Fig.2-2Theschematicofco-sputtering磁控共濺射的原理圖如2-2所示，通過將兩個靶分別接入反應(yīng)系統(tǒng)，直流靶通常只能接導(dǎo)電性能好的靶材，當(dāng)直流和射頻電源同時將合適的電壓加載到各自的陰極靶材上時，如前面所介紹的射頻和直流工作原理一致，兩個濺射靶同時工作，使得轟擊兩種靶材逸出的兩種原子都飛向基板表面沉積，磁控濺射靶材原子是一個均勻沉積的過程，兩種原子最終會均勻混合在一起并沉積在襯底表面。而共濺射不僅可以通過改變?yōu)R射電源的功率來實現(xiàn)對靶材原子沉積比重的控制，還可以通過前后不同的濺射實現(xiàn)不同薄膜的順序生長，操作方便簡單，得到的薄膜均勻，所以共濺射目前在摻雜及薄膜的順序生長等方面得到了廣泛的應(yīng)用。2.1.2化學(xué)氣相沉積化學(xué)氣相沉積（CVD）法是在反應(yīng)的腔室內(nèi)使得反應(yīng)物質(zhì)在高溫區(qū)內(nèi)氣化，經(jīng)過化學(xué)反應(yīng)，在氣體的運輸作用下經(jīng)過低溫區(qū)沉積后在襯底基片表面形成薄膜，這個技術(shù)對反應(yīng)

用，它不僅可以鍍多種化合物及半導(dǎo)體薄膜，多種薄膜的納米線材料也可以用這種技術(shù)來生長。CVD的基本原理示意圖如圖2-3所示，它的原理是采用惰性保護氣體來運輸反應(yīng)材料，通過加熱器在高溫下將原材料氣化，這種氣態(tài)化合物在惰性氣體的運輸作用下輸送到與源區(qū)溫度不同的沉積區(qū)，發(fā)生逆向反應(yīng)生成源物質(zhì)而在襯底基片沉積形成薄膜�；瘜W(xué)氣相沉積方法的優(yōu)點是成膜速度快、薄膜的結(jié)合力好、輻射損傷孝獲得的沉積表面平滑、適合于大規(guī)模生產(chǎn)。本文中我們主要利用CVD管式爐來對制備的ZnO及其摻雜薄膜在特定氛圍下進行退火處理。圖2-3CVD原理示意圖Fig.2-3TheschematicofCVD2.2ZnO薄膜的表征方法人們通過諸多方法制備了各種各樣的ZnO薄膜材料和器件，而不同的制備方法、制備工藝和制備參數(shù)都會直接影響半導(dǎo)體薄膜的光學(xué)和電學(xué)特性。這使得對于制備的薄膜進行表征尤為重要，我們不僅可以通過結(jié)果的分析來優(yōu)化后期的實驗工藝，還可以通過分析來研究薄膜的各種特性機理，為ZnO的研究提供可靠直觀的科學(xué)依據(jù)。本文為研究和分析制備得到的ZnO薄膜的晶體質(zhì)量，我們對薄膜的表面形貌、結(jié)晶質(zhì)量、元素組分、光學(xué)性質(zhì)、電學(xué)性能性質(zhì)等進行了表征。2.2.1X射線衍射（XRD）X射線在穿過晶體的時候，由于光衍射作用的存在，我們可以獲得經(jīng)過衍射后的X射線的信息來得到X射線在晶體內(nèi)的衍射圖譜，這就是X射線的原理。它可以顯示材料的晶體信息有晶體取向、晶格常數(shù)、平均晶粒尺寸、位錯以及應(yīng)力等。X射線根據(jù)其發(fā)射狀態(tài)的不同可以分為連續(xù)X射線和特征X射線，X射線是由高速運動的電子或其他高能輻射流等在原子內(nèi)部通過高速轟擊的方式使得原子發(fā)生躍遷而產(chǎn)生的光輻射，因為晶體之間的原子間距和X射線的波長非常接近，此時晶體可被用作X光的光柵。

【參考文獻】：
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本文編號：3494145