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《浙江大学》 2006年
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Al-N共掺杂实现p型ZnO的机理及其相关器件基础研究

袁国栋  
【摘要】:近年来,宽禁带半导体材料ZnO的研究已经引起人们广泛的关注。ZnO是一种Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体材料,具有直接宽带隙(室温下3.37eV),属于六方纤锌矿结构。由于ZnO具有较高的激子结合能(室温下为60meV),远大于室温热能(26meV),因而理论上会在室温下获得高效的紫外激子发光和激光。此外ZnO具有高熔点(1975℃),高热稳定性及化学稳定性;ZnO单晶薄膜可以在低于500℃的生长温度下获得,比GaN等其他宽禁带半导体材料的制备温度低很多,因此可以大大减少高温制备所产生的缺陷。另外,ZnO原材料资源丰富、价格低廉,对环境无毒无害,制备工艺简单,具有潜在的巨大商用价值。作为短波长发光器件、低阈值紫外激光器的一种全新的候选材料,ZnO已经成为当今半导体发光材料与器件研究中新的热点。 为了实现ZnO在发光器件领域的实际应用,必须外延生长晶体质量良好的p型以及n型薄膜,在此基础上,制备ZnO的同质pn结,进而通过掺入Cd、Mg调节ZnO禁带宽度,最终实现ZnO的量子阱和超晶格结构。ZnO中本征施主缺陷(Zn_i和V_o)的形成能很低,因此在实现ZnO的p型转变过程中,存在本征缺陷的严重补偿现象,同时,VA族和IA族元素尽管在理论上可以在ZnO中形成浅的受主能级,但是VA族元素中的N元素在ZnO中的固溶度低,其他的P、As、Sb原子半径大,引起大的晶格畸变和内应力;而IA族元素则很容易形成间隙态起施主作用。施主(Al)-受主(N)共掺杂方法实现ZnO良好的p型特性是近年来由我们浙江大学硅材料国家重点实验室叶志镇教授领导的课题组首先尝试并实现的。共掺杂方法可以一定的条件下提高受主杂质的浓度,从而有利于得到高空穴浓度的p型ZnO薄膜。 本文以利用Al-N共掺杂方法实现良好的p-ZnO薄膜作为研究的基础,以ZnO的p型掺杂机理为主要研究内容。深入分析了择优取向的ZnO多晶薄膜的生长机理,比较了多种常用的受主杂质在实现p型ZnO方面掺杂机理的异同,并对影响ZnO的p型特性的几个关键因素的作用机理作了深入研究。在实现ZnO的p型转变并深入分析其掺杂机理基础上,我们制备并研究了ZnO与Si的异质结及其接触特性,制备了ZnO的同质结、ZnO/ZnCdO异质结以及ZnO/Au的肖特基二极管的原型器件,并对其性能作了基础性研究。 C轴择优取向的ZnO薄膜的生长是一种自组装生长过程,在多种衬底上均
【学位授予单位】:浙江大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2006
【分类号】:TN304

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【引证文献】
中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 龚丽;ZnO基透明导电膜的制备与掺杂研究[D];浙江大学;2011年
2 薛雅;p型ZnMgO薄膜器件相关性能研究和Ga掺杂ZnO薄膜表面处理[D];浙江大学;2013年
中国硕士学位论文全文数据库 前6条
1 王颖蕾;掺杂ZnO稀磁材料薄膜的制备工艺及室温磁性研究[D];天津理工大学;2010年
2 高国华;不同N源制备Al-N共掺Zn_(1-x)Mg_xO薄膜及其性能研究[D];浙江大学;2007年
3 刘彬;应用于太阳能电池的新型氧化物透明导电薄膜的研究[D];浙江工业大学;2012年
4 谌夏;Sn掺杂ZnO透明导电薄膜的制备与性能研究[D];重庆理工大学;2012年
5 许亮;氧化锌基透明导电薄膜的制备与性能研究[D];江西理工大学;2012年
6 吴萍;ZnO基薄膜晶体管与非晶透明导电薄膜的研究[D];浙江大学;2013年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前4条
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2 叶志镇,徐伟中,曾昱嘉,江柳,赵炳辉,朱丽萍,吕建国,黄靖云,汪雷,李先杭;MOCVD法制备ZnO同质发光二极管[J];半导体学报;2005年11期
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【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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3 孙艳,赵宏,王昭;光纤测厚中光谱“双峰”现象的分析[J];半导体光电;2005年04期
4 谢强;张晓梅;;声光Q开关用1.064μm融石英低损耗增透膜实验研究[J];半导体光电;2006年04期
5 贾嘉;溅射法制备纳米薄膜材料及进展[J];半导体技术;2004年07期
6 别亚青;叶英博;詹自敏;林三井;郑东;王引书;;紫外辐射ZnO纳米棒的生长及性能[J];半导体技术;2007年08期
7 王瑞华,李怀祥,张华,赵婧;制备纳米发光氧化锌的新方法[J];微纳电子技术;2004年02期
8 许高斌;褚家如;;静电雾化技术在纳米薄膜制备中的应用研究[J];微纳电子技术;2006年06期
9 林炜;马瑞新;;高温超导YBCO薄膜及其制备[J];微纳电子技术;2006年08期
10 杨丽萍;刘锋; 韩焕鹏;;氧化锌材料的研究与进展[J];微纳电子技术;2007年02期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 单玉桥;于晓中;李力;田晓飞;;磁控溅射镀钽及其性能的研究[A];2004年全国电子电镀学术研讨会论文集[C];2004年
2 周言敏;李建芳;王君;袁勇;梅高国;;宽光谱监控法制作红外超宽带减反膜[A];中国光学学会2010年光学大会论文集[C];2010年
3 李建芳;周言敏;王君;袁勇;梅高国;;光学薄膜在激光测距望远镜中的应用及设计[A];中国光学学会2010年光学大会论文集[C];2010年
4 孙金坛;李垚;;溅射法制作Si_3N_4-AlN陶瓷薄膜材料[A];首届中国功能材料及其应用学术会议论文集[C];1992年
5 李会斌;陈红;;塑料透明导电膜(ITO)的研制及其应用[A];第三届中国功能材料及其应用学术会议论文集[C];1998年
6 夏章能;徐洁;;AlN陶瓷化学镀法金属化机理[A];第三届中国功能材料及其应用学术会议论文集[C];1998年
7 郭薇;谢中维;苏航;;溶胶—凝胶法制备FTO透明导电膜[A];第三届中国功能材料及其应用学术会议论文集[C];1998年
8 郝瑞英;雷智;郑家贵;冯良桓;蔡伟;武莉莉;张静全;;反应液加入H_2O_2制备本征SnO_2高阻薄膜[A];第五届中国功能材料及其应用学术会议论文集Ⅲ[C];2004年
9 王华清;卢维强;薛唯;喻志农;;光学镀膜的AB监控法[A];2004全国光学与光电子学学术研讨会、2005全国光学与光电子学学术研讨会、广西光学学会成立20周年年会论文集[C];2005年
10 赵升林;孙龙;;薄膜沉积的影响因素和修正方法的研究[A];第十七届十三省(市)光学学术年会暨“五省一市光学联合年会”论文集[C];2008年
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1 游峰;面向微波应用的铊系高温超导薄膜研究[D];南开大学;2010年
2 尚杰;铁电氧化物薄膜的制备及其激光感生电压效应[D];昆明理工大学;2010年
3 张熙;II-VI族半导体耦合/复合低维结构光学非线性[D];武汉大学;2009年
4 陈根余;钛及其合金微弧氧化膜的制备表征及特性研究[D];吉林大学;2011年
5 赵旺;MOCVD法制备氧化锌发光器件及薄膜晶体管的研究[D];吉林大学;2011年
6 苑举君;TiO_2纳米结构及n-型TiO_2纳米结构/p-型金刚石异质结制备、表征及性质研究[D];吉林大学;2011年
7 刘一婷;基于酞菁铜的太阳能电池的研究[D];大连理工大学;2011年
8 岳红云;柔性衬底薄膜光伏电池相关材料制备及性能[D];大连理工大学;2011年
9 王晓晶;柔性基ZnO:Al透明导电薄膜材料的制备与性能研究[D];华中科技大学;2011年
10 唐军;半导体和氧化物表面石墨烯的生长和结构表征及锰掺杂碳化硅稀磁半导体研究[D];中国科学技术大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 周书刚;真空阴极弧制备纳米复合Zr-C-N薄膜的研究[D];长春理工大学;2010年
2 赵缨慰;900nm~1100nm抗激光损伤高反射膜的研究[D];长春理工大学;2010年
3 陈庆友;稀土掺杂新型镀膜材料的研究[D];长春理工大学;2010年
4 位永平;非晶InSb探测器材料光电特性研究[D];长春理工大学;2010年
5 耿似玉;用于紫外指纹仪的短波通滤光片的研制[D];长春理工大学;2010年
6 张瑞丽;太阳能电池用α-SiC_x:H薄膜的制备与性能研究[D];浙江理工大学;2010年
7 姜雅丽;La_2Mo_3O_(12)薄膜的制备和光学性能的研究[D];郑州大学;2010年
8 程慧;正交相Y_2Mo_3O_(12)薄膜的制备及光吸收性能研究[D];郑州大学;2010年
9 王建军;镍钛合金堵闭器钽镀层的制备与性能研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
10 孙亮;电弧离子镀内孔镀膜研究[D];大连理工大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 杨兵初;张丽;马学龙;颜建堂;;氧分压对锰掺杂氧化锌结构及吸收性能的影响[J];半导体技术;2008年02期
2 邹璐,叶志镇,黄靖云,赵炳辉;脉冲激光沉积法生长Zn_(1-x)Mg_xO薄膜[J];半导体学报;2002年12期
3 黄树来,马瑾,刘晓梅,马洪磊,孙征,张德恒;ZnO-SnO_2透明导电膜的低温制备及性质[J];半导体学报;2004年01期
4 肖清华,屠海令;低温注入硅片中的锗在快速热处理后的再分布[J];半导体学报;2004年11期
5 陈新亮;徐步衡;薛俊明;赵颖;张晓丹;耿新华;;MOCVD制备的ZnO薄膜及其在太阳电池背电极应用[J];半导体学报;2005年12期
6 丁萍;潘新花;叶志镇;;Sb掺杂ZnO薄膜电学、光学性能研究[J];重庆理工大学学报(自然科学版);2010年05期
7 张勇;张晋敏;田华;;制备参数对TbFeCo磁光薄膜性能的影响[J];重庆理工大学学报(自然科学版);2011年01期
8 潘德芳;苑进社;;PECVD制备类金刚石薄膜的光学特性[J];重庆理工大学学报(自然科学);2011年08期
9 徐明;;半导体自旋电子学的研究与应用进展[J];材料导报;2006年03期
10 望咏林;颜悦;沈玫;贺会权;张官理;;透明导电氧化物薄膜研究进展[J];材料导报;2006年S1期
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 龚丽;ZnO基透明导电膜的制备与掺杂研究[D];浙江大学;2011年
2 吕建国;ZnO半导体光电材料的制备及其性能的研究[D];浙江大学;2005年
3 张宇翔;太阳能电池用多晶硅薄膜的制备研究[D];郑州大学;2005年
4 陈兰兰;In-N共掺杂制备p-ZnO薄膜及ZnO其它相关掺杂研究[D];浙江大学;2007年
5 徐鹏;溶胶—凝胶技术在纺织品功能整理上的应用与研究[D];东华大学;2006年
6 潘晓燕;稀磁半导体氧化物的结构和磁性能研究[D];华东师范大学;2006年
7 曾昱嘉;ZnO薄膜p型掺杂的研究及ZnO纳米点的可控生长[D];浙江大学;2008年
8 仇明侠;Li掺杂p型Zn_(1-x)Mg_xO薄膜及ZnO和ZnMgO纳米材料的研究[D];浙江大学;2008年
9 薛书文;溶胶凝胶法制备ZnO基薄膜及离子注入研究[D];电子科技大学;2007年
10 卢洋藩;ZnO薄膜的N相关掺杂及p-ZnO欧姆接触的研究[D];浙江大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 于平坤;ZnO:Al透明导电薄膜的制备及性能研究[D];山东建筑大学;2011年
2 张春雨;Al-Zr共掺杂ZnO透明导电薄膜制备及性能[D];兰州大学;2011年
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4 康明;掺杂ZnO红色光致发光材料的研究[D];四川大学;2005年
5 缪燕;MOCVD法生长磷掺杂p型ZnO薄膜及其性质研究[D];浙江大学;2006年
6 袁苑;紫外透明导电氧化镓薄膜的制备及性能表征[D];浙江大学;2006年
7 王楠;ZnO薄膜p型掺杂及其相关问题研究[D];重庆师范大学;2007年
8 简中祥;直流反应磁控溅射法制备p型ZnMgO薄膜[D];浙江大学;2007年
9 胡少华;直流反应磁控溅射法制备Ga-N共掺p型ZnMgO薄膜[D];浙江大学;2007年
10 陈雯雯;溶胶—凝胶法制备Al掺杂ZnO(AZO)薄膜及其性能研究[D];合肥工业大学;2007年
【二级引证文献】
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1 张阳;张祥;卢维尔;李超波;夏洋;;原子层沉积制备ZnO薄膜研究进展[J];半导体技术;2013年05期
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1 曹铃;脉冲激光沉积法生长掺杂ZnO基薄膜及其相关器件研究[D];浙江大学;2012年
2 李铮铮;ⅢA族元素掺杂ZnO透明导电薄膜的研究及在6H-SiC上的电极应用[D];华东师范大学;2012年
3 薛雅;p型ZnMgO薄膜器件相关性能研究和Ga掺杂ZnO薄膜表面处理[D];浙江大学;2013年
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1 郭瑞;ZnMgO薄膜与ZnMgO/ZnO异质结的制备及其性能研究[D];北京化工大学;2010年
2 魏从从;GZO/Al复合背电极制备及其对非晶硅太阳能电池性能的影响[D];山东大学;2012年
3 刘彬;应用于太阳能电池的新型氧化物透明导电薄膜的研究[D];浙江工业大学;2012年
4 刘丹;掺杂ZnO薄膜及其缓冲层的制备和性能研究[D];合肥工业大学;2012年
5 李超;弹壳材料局部激冷改善破片性能的研究[D];沈阳工业大学;2013年
6 马芳;共掺杂ZnO基透明导电薄膜的研究[D];山东建筑大学;2013年
7 吴萍;ZnO基薄膜晶体管与非晶透明导电薄膜的研究[D];浙江大学;2013年
8 顾建龙;n型ZnO欧姆接触及肖特基接触电极的研究[D];浙江大学;2013年
9 陈丹;AZO透明导电薄膜及其用于GaN基LED透明电极的研究[D];浙江大学;2013年
10 张倩;InGaZnO-TFT和InTiZnO-TFT的制备及其性能研究[D];青岛大学;2013年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前4条
1 徐伟中,叶志镇,周婷,赵炳辉,朱丽萍,黄靖云;MOCVD法以NO气体为掺杂源生长p型ZnO薄膜[J];半导体学报;2005年01期
2 李剑光,叶志镇,赵炳辉,袁骏;硅基上直流反应磁控溅射沉积优质ZnO薄膜及其性能研究[J];半导体学报;1996年11期
3 张家跃;ZnO薄膜的研制[J];传感器技术;1995年02期
4 杨志坚,陈寿元;减小低压ZnO压敏电阻器漏电流的方法及其作用机理探讨[J];传感器世界;1997年09期
【相似文献】
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2 钱庆,叶志镇,袁国栋,朱丽萍,赵炳辉;Al、N共掺杂实现ZnO的p型转变及其掺杂机理探讨[J];真空科学与技术;2004年05期
3 李贵安,宋建平,李貅,孟令杰,边小兵,李永放,刘鹏;纳米金属-偶氮染料共掺杂复合膜的制备与吸收蓝移现象[J];化学学报;2005年08期
4 梁培;张韬奇;田斌;马强;;基于从头算法的TM金属共掺杂的ZnO基稀磁半导体的磁性研究(英文)[J];功能材料与器件学报;2009年04期
5 张福俊;徐征;滕枫;王丽伟;刘玲;孟立建;;频控变色场致发光器件及机理研究[J];光谱学与光谱分析;2006年01期
6 毛立鼎;钱欣;崔教林;陈东勇;;放电等离子烧结制备Zn-Cu-Sb-Bi合金的热电性能[J];中国有色金属学报;2008年01期
7 李书要;李瑜煜;;p型ZnO薄膜的研究新进展[J];电工材料;2008年02期
8 邢光建;李钰梅;江伟;韩彬;王怡;武光明;;ZnO薄膜的p型掺杂研究进展[J];真空;2009年04期
9 卢洋藩;叶志镇;曾昱嘉;陈兰兰;朱丽萍;赵炳辉;;Li-N-H共掺法制备p型ZnO薄膜[J];无机材料学报;2006年06期
10 张磊;袁斌;梁二军;贾瑜;;钒氮和钒铝共掺杂ZnO电子结构的第一性原理计算[J];河南大学学报(自然科学版);2009年02期
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2 冯宁东;郑安民;王强;徐君;喻志武;邓风;;硼氮共掺杂TiO_2中硼结构的固体核磁共振研究[A];第十五届全国分子筛学术大会论文集[C];2009年
3 赵宇军;;(Zr,N)共掺杂提升ZnO p型导电性机制的理论研究[A];第五届全国青年计算物理学术交流会论文摘要[C];2008年
4 王艺聪;林深;;氮、硫共掺杂锡酸锶的制备及其可见光催化性能[A];中国化学会第28届学术年会第11分会场摘要集[C];2012年
5 高堃;傅敏;汤敏;;铁氮共掺杂纳米TiO_2的结构及光催化性活性[A];重庆市化学化工学会2009学术年会论文集[C];2009年
6 韦志仁;刘新辉;强勇;姚金宝;董国义;周秋香;李志强;;多元过度金属离子共掺杂对氧化锌晶体生长和磁性的影响[A];第15届全国晶体生长与材料学术会议论文集[C];2009年
7 林涛;万能;徐骏;徐岭;李伟;陈坤基;;纳米氧化铟和稀土共掺杂二氧化硅薄膜的结构和光学性质研究[A];第十六届全国半导体物理学术会议论文摘要集[C];2007年
8 李越湘;王添辉;彭绍琴;吕功煊;李树本;;Eu、Si共掺杂TiO_2光催化剂的协同效应[A];2004年全国太阳能光化学与光催化学术会议论文集[C];2004年
9 李辉;王金淑;邢鹏飞;;机械化学法制备S/N共掺杂纳米TiO_2粉体的研究[A];中国化学会第二十五届学术年会论文摘要集(上册)[C];2006年
10 魏凤玉;祝童;;S、Fe共掺杂纳米TiO_2的制备及其光催化性能[A];第三届全国化学工程与生物化工年会论文摘要集(下)[C];2006年
中国重要报纸全文数据库 前2条
1 本报记者 王春;杨辉:“蓝色”狂想曲[N];科技日报;2002年
2 立冬;我国发明出稀土发光材料制备新方法[N];中国有色金属报;2009年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 薛书文;溶胶凝胶法制备ZnO基薄膜及离子注入研究[D];电子科技大学;2007年
2 马云飞;非金属与稀土共掺杂高可见光活性二氧化钛的研究[D];华东理工大学;2012年
3 徐凌;金属非金属共掺杂TiO_2的理论与实验研究[D];华中科技大学;2010年
4 成晓玲;N和Al共掺杂TiO_2薄膜的制备及性能研究[D];广东工业大学;2008年
5 王辉;钇共掺杂的掺铒氧化铝光致发光增强机制研究[D];大连理工大学;2008年
6 汤昊;高性能有机电致发光材料的制备及器件研究[D];上海大学;2009年
7 曹广秀;共掺杂二氧化钛基可见光光催化材料的制备及性能研究[D];东华大学;2010年
8 葛坚坚;几种钙钛矿型氧化物结构和磁性研究[D];南京大学;2011年
9 王秀如;多色OLED器件及设备研究[D];上海大学;2006年
10 夏慧丽;新型纳米光催化剂的制备、表征及其性能研究[D];东华大学;2007年
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1 解晓君;Eu~(3+)、Li~+共掺杂ZnO薄膜结构与性质的研究[D];曲阜师范大学;2010年
2 陆城;二氧化钛催化剂的表面改性、负载和光催化性能研究[D];苏州大学;2002年
3 刘如征;甲醛和甲苯气体传感器的研制[D];吉林大学;2006年
4 李明利;白光LED用荧光粉的制备及性能研究[D];厦门大学;2008年
5 李雪翠;(镧、锶、铕)与(锆、铈)共掺杂钛酸钡陶瓷的制备与性质的研究[D];吉林大学;2009年
6 陆青松;硼氧共掺杂金刚石薄膜的微结构和电学性能研究[D];浙江工业大学;2009年
7 卫燕燕;ZnO基稀磁半导体的结构、磁学和输运性质研究[D];河北师范大学;2009年
8 孟艳玲;共掺杂型二氧化钛可见光催化剂的制备、表征及其催化性质的研究[D];华东师范大学;2007年
9 张玉荣;纳米银—甲基橙共掺杂功能复合薄膜的制备与紫外光解特性研究[D];陕西师范大学;2008年
10 赵岸;电磁功能聚苯胺复合材料的制备与性能研究[D];西南交通大学;2009年
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