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《河北工业大学》 2016年
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氮化锌锡薄膜及其pn结研究

秦瑞锋  
【摘要】:能源和生态环境的双重危机迫使各国大力推动太阳能电池快速发展,薄膜太阳能电池因具有低成本、轻质量、柔性、高效率等优势而备受关注,薄膜太阳能电池的核心问题是开发新型光伏材料。II-IV族氮化物ZnSnN_2因具有无毒性、元素丰度大、高光学吸收系数和带隙可调节等诸多可以满足薄膜太阳能电池需求的优势,而受到人们的广泛关注。然而过高的载流子浓度限制了ZnSnN_2太阳能电池应用,基于ZnSnN_2的器件应用非常少。pn结为最简单的半导体器件,是太阳能电池、发光二极管(LED)、探测器、双极型晶体管的基本单元。研究ZnSnN_2薄膜物性及其pn结,有利于进一步构筑ZnSnN_2太阳能电池。本文通过优化制备条件,研究了ZnSnN_2薄膜的性能,并构筑p-Si/n-ZnSnN_2异质结,研究了其电学性能。主要包括以下三部分内容:(1)使用磁控溅射方法制备ZnSnN_2,研究了靶材锌锡原子比对薄膜结构、形貌、光学性能、电学性能的影响。当靶材锌锡原子比为3:1时,常温制备出单一相半导体特性ZnSnN_2多晶薄膜。薄膜的结构和形貌均与靶材锌锡原子比有关,通过调节靶材锌锡原子比,光学和电学性能可以得到调控。(2)采用磁控溅射、图形化工艺(紫外光刻和湿法腐蚀)、电子束蒸发设备制备了p-Si/n-ZnSnN_2异质结。优化了pn结尺寸、ZnSnN_2薄膜厚度、磁控溅射功率三个制备条件。探究了这些因素对整流比、理想因子、串联电阻的影响。优化后得到整流比为81(±1.5 V)的pn结。(3)研究了后退火温度对ZnSnN_2薄膜性能和p-Si/n-ZnSnN_2异质结性能的影响。采用热激发模型和空间电荷限制电流模型分析了正、反向I-V特性。由理论热激发模型和考虑串联电阻的热激发模型两种方法得到pn结的理想因子,通过比较这两种模型下理想因子的区别,分析了串联电阻对pn结电学性能的影响。通过优化靶材锌锡原子比、后退火温度,得到了半导体特性的ZnSnN_2多晶薄膜,进而构筑了p-Si/n-ZnSnN_2异质结,器件表现出良好的性能,最高整流比达到了1066(±1.5 V)。
【学位授予单位】:河北工业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:TB383.2;TM914.4

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