MOCVD方法制備氮化鋅薄膜及其性質(zhì)研究.pdf

1、近年來，氮化物半導(dǎo)體由于具有比較大的禁帶寬度和電子飽和速率以及比較大的擊穿電壓等特點(diǎn)被公認(rèn)為光電材料中最有發(fā)展前途的材料之一[1]。作為Ⅲ族氮化物材料的代表，GaN材料已經(jīng)得到了很充分的研究，而且應(yīng)用領(lǐng)域也很廣[2]。然而，具有顯著的電學(xué)和光學(xué)特性的氮化鋅作為Ⅱ-V氮化物材料還沒有被充分研究。由于氮化鋅薄膜室溫下具有較高遷移率和良好的導(dǎo)電特性，因此氮化鋅薄膜是一種在透明薄膜器件和光電器件領(lǐng)域很有前途的半導(dǎo)體材料。氮化鋅粉末早在1940年

2、就由Juza和哈恩首次合成[3]，但是目前對Zn3N2薄膜的制備及光電特性的研究目前依然很不充分。Zn3N2薄膜可采用PLD[4，5]、磁控濺射[6，7]、MBE[8]等方法進(jìn)行制備，各研究組報(bào)道的Zn3N2薄膜的光學(xué)帶隙(1.01-3.4 eV)有很大的不同[9-14]，其光學(xué)帶隙隨制備條件的改變可能是由于薄膜中非故意摻雜的氧雜質(zhì)所造成;而這種可變帶隙的特性也為Zn3N2材料在光電器件方面的創(chuàng)造了使用條件。利用MOCVD方法可制備具有

3、較高質(zhì)量的大面積器件;這使MOCVD制備的薄膜在實(shí)際應(yīng)用方面具有很好的研究價(jià)值。本文采用MOCVD方法制備Zn3N2薄膜，并研究了反應(yīng)條件如襯底溫度，反應(yīng)壓強(qiáng)，V/Ⅱ族比例，退火條件對Zn3N2薄膜結(jié)構(gòu)，表面形貌、光學(xué)和電學(xué)特性的影響。氮化鋅薄膜阻變特性也進(jìn)行了初步研究。
　　本論文的研究工作及結(jié)果如下:
　　采用MOCVD方法在石英襯底(20mm×20mm)表面生長氮化鋅薄膜。鋅源由二乙基鋅(99.9999％)提供。而NH

4、3(99.9999％)則作為氮源。以N2(99.9999％)作為它們的載氣。生長溫度范圍在300-700℃范圍。當(dāng)襯底溫度低于300℃和高于600℃時(shí)，石英襯底表面沒有連續(xù)的氮化鋅薄膜生成。隨著溫度的升高，薄膜的生長率逐漸增加，溫度超過550℃時(shí)，前反應(yīng)增強(qiáng)薄膜的生長率下降。當(dāng)襯底溫度為450-500℃內(nèi)時(shí)，襯底表面的氮化鋅材料出現(xiàn)了三維生長模式。反應(yīng)室的壓強(qiáng)范圍為10-70torr。在較低壓強(qiáng)條件下，反應(yīng)前驅(qū)物很難到達(dá)襯底表面生成薄膜