p型Sb摻雜ZnO納米棒的制備與光電性能.pdf

1、隨著電子器件小型化的發(fā)展，納米結(jié)構(gòu)材料引起了人們廣泛的關(guān)注，具有納米結(jié)構(gòu)的氧化鋅半導(dǎo)體在光電領(lǐng)域具有重要應(yīng)用價(jià)值。雖然氧化鋅具有眾多優(yōu)良性能，但其進(jìn)入工業(yè)應(yīng)用的進(jìn)程卻很緩慢。其中一個(gè)重要原因就是，在目前的條件下難以獲得穩(wěn)定性好且成本低廉的p型氧化鋅半導(dǎo)體。氧化鋅的p型摻雜元素主要是Ⅰ族及Ⅴ族元素，其中利用Ⅴ族的銻元素?fù)诫s制備p型氧化鋅近年來(lái)取得了較大進(jìn)展，而且目前制備p型氧化鋅的主要方法是物理氣相沉積法，用溶液法制備p型氧化鋅的研究較少

2、。本文對(duì)溶液法制備摻雜p型氧化鋅半導(dǎo)體材料進(jìn)行系統(tǒng)了研究。
　　本文用電化學(xué)方法，以水基前驅(qū)體溶液為電解液，以銻為摻雜元素生長(zhǎng)銻摻雜氧化鋅(Sb∶ZnO)半導(dǎo)體納米棒。系統(tǒng)研究了電化學(xué)沉積Sb∶ZnO納米棒的生長(zhǎng)過(guò)程。制備了結(jié)晶質(zhì)量高的Sb∶ZnO半導(dǎo)體，在此基礎(chǔ)上制備了基于Sb∶ZnO納米棒的半導(dǎo)體原型器件。分別表征了Sb∶ZnO納米棒及器件的性能。另外，本文還進(jìn)一步探究了Sb∶ZnO的p型導(dǎo)電性來(lái)源，研究了銻摻雜進(jìn)氧化鋅晶格后

3、銻摻雜離子性質(zhì)的變化，從而為獲得更優(yōu)質(zhì)的p型Sb∶ZnO半導(dǎo)體起到指導(dǎo)作用。本論文完成的主要研究工作和結(jié)果總結(jié)如下。
　　1)不同沉積電位下Sb∶ZnO納米結(jié)構(gòu)的可控合成與性能。利用循環(huán)伏安法研究了不同前驅(qū)體溶液成分配比下電化學(xué)沉積Sb∶ZnO晶體的電化學(xué)過(guò)程，確定了合適的沉積電位窗口為-0.5V～-0.9V。研究了不同沉積電位下Sb∶ZnO納米棒的生長(zhǎng)過(guò)程、形貌變化、光學(xué)性質(zhì)及銻摻雜含量。發(fā)現(xiàn)可通過(guò)改變沉積電位來(lái)調(diào)節(jié)Sb∶ZnO

4、晶體的生長(zhǎng)過(guò)程，最終確定合適的沉積電位為-0.8V。
　　2)不同前驅(qū)體溶液組分下Sb∶ZnO納米棒的可控合成與性能。研究了前驅(qū)體溶液濃度配比對(duì)ZnO沉積初期形核過(guò)程及形核率的影響、SbCl3濃度對(duì)Sb∶ZnO納米棒生長(zhǎng)及光學(xué)性能的影響、溶液pH值對(duì)Sb∶ZnO納米棒生長(zhǎng)及性能的影響等問(wèn)題。發(fā)現(xiàn)可通過(guò)改變前驅(qū)體溶液組分獲得不同形貌及銻摻雜含量的Sb∶ZnO半導(dǎo)體。
　　3)不同基板及退火條件下Sb∶ZnO納米棒的特性變化。研

5、究了不同基板上電化學(xué)沉積Sb∶ZnO納米棒的生長(zhǎng)過(guò)程及基板對(duì)Sb∶ZnO晶體性能的影響。通過(guò)溶膠-凝膠法在基板上預(yù)先制備ZnO種子層后再沉積，獲得了優(yōu)質(zhì)的Sb∶ZnO納米棒陣列。在柔性的導(dǎo)電布膠帶基底上制備了排列致密，結(jié)晶質(zhì)量高的Sb∶ZnO納米棒陣列。利用二次沉積法制備了樹(shù)枝狀的Sb∶ZnO納米結(jié)構(gòu)和ZnO同軸同質(zhì)納米棒結(jié)構(gòu)。通過(guò)退火處理，可調(diào)節(jié)Sb∶ZnO中銻的摻雜量。
　　4)Sb∶ZnO基半導(dǎo)體原型器件的電學(xué)性質(zhì)研究。內(nèi)容

6、包括測(cè)量n-ZnO/Sb∶ZnO納米棒陣列的電性以確認(rèn)Sb∶ZnO納米棒陣列的p型導(dǎo)電性;用電子束光刻法制備單根納米棒樣品并測(cè)量不同溫度、不同氣氛下納米棒的電學(xué)性質(zhì);用離子束沉積法制備以Sb∶ZnO單根納米棒為基的場(chǎng)效應(yīng)晶體管并驗(yàn)證單根Sb∶ZnO納米棒的p型導(dǎo)電性。
　　5)同步輻射法探究Sb∶ZnO晶體p型導(dǎo)電來(lái)源及銻摻雜離子周圍局部環(huán)境。利用X射線光電子能譜表征了Sb∶ZnO晶體中摻雜銻的化合價(jià)為大于+3而小于+5，X射線近