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《山东理工大学》 2010年
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磁控溅射法制备ZnO薄膜及光电导探测器的研制

范晓玲  
【摘要】: ZnO是一种宽禁带半导体材料,激子复合能高,在紫外区具有高的光电导特性,电子诱生缺陷低,外延生长温度低、成膜性强,有利于制备高性能的紫外探测器。本论文用磁控溅射法制备了ZnO薄膜,研究了制备工艺对ZnO薄膜的结构和性能的影响;然后用电子束蒸发法蒸镀Al/Au接触电极,制备了ZnO基光电导型紫外探测器,并对其性能进行检测。主要内容和结果如下: (1)研究了衬底温度对ZnO薄膜的结构和性能的影响。随着衬底温度升高,ZnO薄膜趋向球状生长,并且颗粒尺寸逐渐增大;体载流子浓度逐渐增加,迁移率和电阻率逐渐减小。当衬底温度为600℃时载流子浓度最高为3.465×1019/cm3,迁移率和电阻率最小分别为0.8051cm2/v·s、0.238Ω·cm。由于膜内部缺陷和应力的影响,衬底温度为600℃时禁带宽度最大为3.28eV。 (2)研究了溅射功率对ZnO薄膜结构和光电性能的影响。当功率为130W时,制备的ZnO薄膜的颗粒尺寸最均匀,XRD的衍射峰半高宽最窄,载流子浓度、电阻率最小分别为4.52×1016/cm3和4.85Ω·cm,迁移率最大为17.68cm2/v-s。随着溅射功率的增大,制备的ZnO薄膜的禁带宽度由3.25逐渐增大到3.27。 (3)研究了工作压强对ZnO薄膜结构和光电性能的影响。从0.5Pa到2.0Pa,随着溅射压强的增大,ZnO薄膜的颗粒呈现先增大后减小的趋势。当溅射压强在1.5Pa时,制备的ZnO薄膜表面颗粒最均匀,结构最致密,当压强为1.0Pa时,制备的薄膜应力最小为1.164GPa。当溅射压强为1.5Pa时,半高宽最小,薄膜晶粒尺寸最大为18.4nm。制备的ZnO薄膜在可见光范围内具有良好的透过特性,在紫外光波段具有良好的吸收特性,禁带宽度在2.0Pa下最小,为3.252eV。 (4)研究了退火温度对ZnO薄膜结构和性能的影响。随着退火温度的升高,ZnO薄膜的颗粒尺寸逐渐增大,半高宽逐渐减小,结晶程度逐渐变好。随着退火温度的升高,电阻率先增大后减小,体载流子浓度先减小后增大,迁移率先增大后减小。 (5)研究了不同的叉指结构对探测器性能的影响。用电子束蒸发法制备了Al/Au叉指电极,制备了ZnO基MSM光导型紫外探测器并对其性能进行了检测。实验发现,金属Al与ZnO能形成很好的欧姆接触,探测器在1.5V的偏压下有明显的紫外光响应,在紫外光波长的响应度为6.37A/W。并且叉指间距越小,响应度越大,响应时间越短。
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