p型ZnO薄膜溶膠凝膠法制備工藝及結(jié)構(gòu)性能研究.pdf

1、ZnO是一種寬禁帶n型半導(dǎo)體材料（Eg=3.37ev），室溫下具有較大的激子束縛能（60mev），具備了發(fā)射藍(lán)光和近紫外光的優(yōu)越條件。它不僅具有與GaN非常相似的特性，且在很多方面又有其獨(dú)特性能。因此在紫外激光器件、紫外光探測(cè)器、表面波導(dǎo)器件、氣體傳感器、透明電極、白光固態(tài)照明工程以及環(huán)境污染治理等方面的應(yīng)用具有巨大的潛力和誘人的市場(chǎng)前景。
　　 在p型摻雜ZnO薄膜研究中遇到的共同難題就是如何解決p型ZnO薄膜的電學(xué)穩(wěn)定性。為

2、了提高其電學(xué)穩(wěn)定性，研究人員主要圍繞改進(jìn)薄膜制備技術(shù)盡可能提高薄膜的結(jié)晶質(zhì)量和探尋更適合的摻雜元素（包括共摻雜元素）以及摻雜方法兩個(gè)方面開展工作。
　　 在優(yōu)化制備工藝條件下，得到了C軸擇優(yōu)取向的六方纖鋅礦結(jié)構(gòu)的摻雜ZnO薄膜。從樣品的X-射線衍射譜（XRD）、表面和斷面掃描電鏡圖片（SEM）及光致發(fā)光譜（PL）分析可以看出在優(yōu)化工藝條件下可以得到結(jié)晶質(zhì)量?jī)?yōu)異的摻雜ZnO薄膜。
　　 根據(jù)溶膠凝膠技術(shù)的工藝特點(diǎn)，選擇I族

3、元素中的Li、Na和Cu作為主要摻雜元素，選擇N和F作為輔助摻雜元素，得到了Li、Na、Cu單獨(dú)摻雜以及Li-N雙摻和Li-F共摻的五種摻雜ZnO薄膜。除了Cu摻雜以外的其它四種薄膜均實(shí)現(xiàn)了比較穩(wěn)定的p型摻雜，尤其是Li-N雙摻和Li-F共摻兩種薄膜的電學(xué)性能更為優(yōu)良。
　　 在制備Na摻雜ZnO薄膜的研究過程中，重點(diǎn)考察了Na摻雜濃度、退火條件以及過渡層對(duì)薄膜的結(jié)構(gòu)、光學(xué)性能和電學(xué)性能的影響，初步得到了電學(xué)性能比較穩(wěn)定的p型N

4、a摻雜ZnO薄膜。在優(yōu)化制備工藝條件下得到的p型Na摻雜ZnO薄膜的電學(xué)性能為：電阻率2.5×102Ω·cm；霍爾遷移率2.087×102c㎡/V·s：空穴載流子濃度1.16×1018 cm-3。
　　 對(duì)于Li摻雜ZnO薄膜，重點(diǎn)考察了Li摻雜濃度和退火條件對(duì)薄膜的結(jié)構(gòu)、光學(xué)性能和電學(xué)性能的影響，得到了電學(xué)性能較穩(wěn)定的p型ZnO薄膜。在優(yōu)化制備工藝條件下得到薄膜的電學(xué)性能為：電阻率1.10Ω·cm；霍爾遷移率10.7c㎡/V·

5、s；空穴載流子濃度5.32×1018 cm-3。
　　 采用Li-N雙摻雜法得到了性能較穩(wěn)定的p型導(dǎo)電薄膜，薄膜的最佳性能參數(shù)為：電阻率0.34Ω·cm；霍爾遷移率16.43 c㎡/V·s；載流子濃度2.79×1019 cm-3。此外，我們制作了ZnO同質(zhì)p-n結(jié)，所得同質(zhì)p-n結(jié)具有較好的整流特性。
　　 采用Li-F共摻雜法得到了性能較穩(wěn)定的P型導(dǎo)電薄膜，薄膜的最佳電學(xué)性能為：電阻率1.1×10-3Ω·cm；霍爾遷移