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文檔簡介
1、在以往的幾十年時間里,對Ⅲ族氮化物材料進行了大量研究,在光照和功率半導體方面研發(fā)出了具有優(yōu)異性能的光電子器件,并實現(xiàn)了商業(yè)的應用。然而,有關Ⅱ族氮化物的研究相比就少的多,特別是氮化鋅(Zn3N2)。氮化鋅材料的制備并不昂貴,而且不含有任何的有毒成分。它擁有優(yōu)異的電學性能,比如具有較高的霍爾遷移率和導電性。到目前為止,氮化鋅的光學禁帶寬度并不確定??勺兊墓鈱W禁帶寬度使得氮化鋅在光電器件領域具有潛在的應用前景,對氮化鋅進行摻雜可能會得到期望
2、的光學禁帶寬度和優(yōu)異的電學性質。在本實驗中,我們采用反應射頻磁控濺射的方法制備氮化鋅及其摻雜薄膜及器件,采用脈沖激光沉積方法制備ZnCo2O4作為p型層制備p-n結,并構建了底柵結構的場效應器件。研究了生長參數(shù)以及Al摻雜對于氮化鋅及其摻雜薄膜的結構、組分、表面形貌、光電等性質的影響。
本文的研究工作和結果如下:
1.我們使用反應射頻磁控濺射的方法,改變生長條件制備了一系列氮化鋅薄膜,襯底均為石英襯底。濺射靶材料為純
3、鋅,N2作為反應氣體,Ar作為濺射氣體,生長溫度為200℃,氮氬比0%~100%,反應室壓強3Pa~10Pa,濺射功率60W~100W。通過XRD測試發(fā)現(xiàn),大部分的氮化鋅薄膜均為單一擇優(yōu)取向的多晶薄膜,峰位對應于Zn3N2(321)面。反應室壓強過大和濺射功率較低時,濺射粒子的能量較低,降低薄膜質量。當?shù)獨灞冗^低時,反應室內沒有足夠的氮氣反應生成氮化鋅薄膜,表現(xiàn)為不成膜或者生長的薄膜為非晶薄膜。當襯底溫度為200℃、氮氬比10∶10、反
4、應室壓強7Pa、濺射功率70W時,氮化鋅的結晶質量較好。
2.我們使用反應射頻磁控濺射的方法在石英襯底上制備了一系列摻Al氮化鋅(ZnN∶Al)薄膜。通過調整鋁片在靶材上有效濺射面積的比例,得到不同摻雜濃度的薄膜。當襯底溫度為200℃,摻雜比例2%~16%,氮氬比20%~80%,反應室壓強3Pa~10Pa,濺射功率50W~100W。XRD結果顯示生長的薄膜多為單一擇優(yōu)取向的多晶薄膜,峰位對應于Zn3N2(321)面。隨著摻雜比
5、例的增加,ZnN∶Al薄膜的光學禁帶寬度增大,SEM圖像顯示薄膜表面顆粒減小,顆粒間界更加清晰。當襯底溫度為200℃、氮氬比6∶14、反應室壓強3Pa、濺射功率70W時,生長的ZnN∶Al薄膜的結晶質量較好。
3.采用脈沖激光沉積的方法在石英襯底上制備了ZnCo2O4薄膜作為p型層,利用磁控濺射方法生長ZnN∶Al薄膜作為n型層構建p-n器件和底柵結構的場效應器件。電學測試結果表明p-n器件具有較好的整流特性,在可見光波段內的
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