本文關(guān)鍵詞：NiO基薄膜的磁控濺射法制備及其光電器件的研究　出處：《吉林大學(xué)》2017年博士論文　論文類(lèi)型：學(xué)位論文

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【摘要】：NiO穩(wěn)定的晶體結(jié)構(gòu)為NaCl立方結(jié)構(gòu),屬于過(guò)渡金屬氧化物,具有典型的3d電子結(jié)構(gòu)。室溫下完全符合化學(xué)計(jì)量比的NiO具有絕緣特性,但是通常情況很難獲得純化學(xué)計(jì)量比的NiO,由于本征受主缺陷的存在,使其呈現(xiàn)p型導(dǎo)電特性。NiO是一種寬帶隙材料,在室溫下其帶隙寬度為3.6~4.0 eV,因此具有優(yōu)良的可見(jiàn)光透過(guò)性和紫外響應(yīng)特性。Li摻雜能夠提高NiO材料的空穴濃度,增強(qiáng)其p型導(dǎo)電特性;Mg摻雜可以增加NiO材料的禁帶寬度,提高其光學(xué)透過(guò)率。NiO材料因其特有的磁學(xué)、氣敏、電阻開(kāi)關(guān)和電致變色等優(yōu)良特性,擁有潛在的應(yīng)用價(jià)值和廣闊的應(yīng)用前景。特別是基于其寬禁帶p型透明導(dǎo)電特性,NiO材料常作為透明電極、空穴傳輸層和電子阻擋層等被應(yīng)用在光電器件的研究中,如紫外發(fā)光器件、紫外探測(cè)器和太陽(yáng)能電池等。ZnO是一種直接寬帶隙半導(dǎo)體材料,具有比較大的禁帶寬度和激子束縛能(室溫下分別為3.37 eV和60 meV),被廣泛應(yīng)用在短波長(zhǎng)發(fā)光器件中。基于射頻磁控濺射技術(shù),本論文主要圍繞NiO:Li薄膜,NiMgO:Li薄膜材料的制備及其特性分析,和NiO:Li(NiMgO:Li)/ZnO異質(zhì)結(jié)器件的光電特性三個(gè)方面展開(kāi)了詳細(xì)的研究,具體內(nèi)容如下:通過(guò)射頻磁控濺射方法,使用純度為99.9%的Li摻雜NiO靶材(Li2O:NiO=1.04:98.96 wt%),在藍(lán)寶石襯底上制備了NiO:Li薄膜材料。系統(tǒng)的研究了不同的生長(zhǎng)參數(shù)(襯底溫度,濺射功率和氧氣流量比)對(duì)NiO:Li薄膜的形貌、晶體結(jié)構(gòu)和電學(xué)特性和光學(xué)特性的影響,逐步優(yōu)化薄膜的生長(zhǎng)條件,以提高NiO:Li薄膜的質(zhì)量�；谧円r底溫度、變?yōu)R射功率和變氧氣流量比的系列實(shí)驗(yàn),平衡NiO:Li薄膜的各個(gè)性能,選取合適的濺射條件制備了一批樣品。然后進(jìn)行了NiO:Li薄膜的退火實(shí)驗(yàn),首先分別在氮?dú)夂脱鯕夥諊聦?duì)薄膜進(jìn)行退火,發(fā)現(xiàn)在氮?dú)庵型嘶鸷驨iO:Li薄膜中的空穴濃度明顯降低,所以又研究了氧氣氛圍中不同退火溫度對(duì)NiO:Li薄膜特性的影響。結(jié)果表明在氧氣中、500℃下對(duì)NiO:Li薄膜進(jìn)行退火處理,能夠提高其晶體質(zhì)量和光學(xué)透過(guò)率,同時(shí)確保薄膜具有較高的空穴濃度,可以達(dá)到1018 cm-3。實(shí)驗(yàn)中通過(guò)將NiO:Li和MgO材料相結(jié)合,使用高純MgO靶材制備了NiMgO:Li薄膜。研究表明隨著制備過(guò)程中MgO沉積量的增加,NiMgO:Li薄膜的帶隙不斷展寬,光學(xué)透過(guò)率不斷提高,并且高透過(guò)率的范圍逐漸向紫外方向延伸,紫外吸收特性也逐漸增強(qiáng)。但是與NiO:Li相比,由于MgO的引入使空穴濃度大幅度下降,降低到1016 cm-3,NiMgO:Li薄膜的p型導(dǎo)電特性變差,經(jīng)過(guò)氧氣中的退火處理,薄膜的空穴濃度能夠增加到1017 cm-3,光學(xué)特性也繼續(xù)得到改善,可見(jiàn)光透過(guò)率達(dá)到80%以上,并且薄膜中的相分離基本消失。在ITO襯底上制備了p-NiO:Li/n-ZnO異質(zhì)結(jié)器件,對(duì)其光電特性進(jìn)行了詳盡的研究。由于NiO:Li層直接包覆在ZnO納米墻網(wǎng)絡(luò)上,而且沒(méi)有完全彌合納米墻之間的空隙孔洞,在電致發(fā)光測(cè)試產(chǎn)生了光淬滅和漏電現(xiàn)象,因此器件的光電性能比較差。隨后制備了p-NiMgO:Li/MgO/n-ZnO異質(zhì)結(jié)器件,MgO絕緣層的引入,既避免了漏電和光淬滅現(xiàn)象的產(chǎn)生,同時(shí)還起到了能帶調(diào)節(jié)的作用,另外NiMgO:Li的透過(guò)率相對(duì)比較高,這些都使器件的光電性能得到了提高,在400nm附近實(shí)現(xiàn)了隨機(jī)激光輻射。
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類(lèi)號(hào)】：O484;TN303

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本文編號(hào)：1313300