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《广州大学》 2010年
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ZnO光电导纳米材料及其半导体性质研究

何俊刚  
【摘要】: ZnO是II-VI宽禁带直接带隙半导体,室温下禁带宽度为3.37eV,激子束缚能为60meV,其薄膜材料作为短波长光电导材料在紫外探测领域具有极为广阔的发展前景,紫外探测技术无论在生产生活还是国防科技中的应用愈来愈广泛。 本论文探究了溶胶-凝胶方法(Sol-Gel)制备的ZnO薄膜光敏器件的性能,通过测量真空中薄膜的I-V特性,拟合计算晶界势垒的高度,从而分析退火温度对紫外光敏和晶界势垒高度的影响;同时利用溶胶-凝胶方法(Sol-Gel)制备掺杂Mg浓度x=0.1的ZnO薄膜,利用正交实验寻求最佳的制备工艺;并在真空中测量薄膜的I-V特性,拟合计算出掺杂一定浓度的Mg后的ZnO薄膜的晶界势垒高度;最后从电子能态的角度定性地分析了ZnO中点缺陷以及不同掺杂情况下Mg对能带结构的影响。 以二水合醋酸锌为原料采用溶胶凝胶法在石英衬底上制备ZnO薄膜,用AFM观察表面形貌,在10V偏压和1.24mW/cm2紫外光下测量薄膜的光敏特性,通过测量真空条件下薄膜的I-V特性,拟合计算晶界势垒高度,探讨退火温度对性能影响的内在因素。结果表明,650℃退火的样品具有较佳性能,ZnO薄膜均匀致密,粒径分布在20~32nm之间。无光照条件下ZnO薄膜的晶界势垒高度为0.079eV,紫外光照使势垒高度下降为0.011ev,薄膜的紫外光灵敏度与势垒高度的相对变化密切相关。利用正交实验得出的最佳工艺参数,并测量通过此参数制备出的ZnMgO薄膜的晶界势垒高度,分析掺杂后势垒高度对灵敏度的影响,并运用半导体理论分析了光电导型光敏器件的敏感机理、晶格缺陷和陷阱中心的作用以及影响器件性能的各种因素。 采用CASTEP软件包计算不同Mg掺杂浓度的ZnO的电子能态分布,并与标准化学计量比的本征ZnO能带结构和电子能态密度相比较,分析其能带变化的微观机理,指出填隙Zn和空位O在能带结构中起类似杂质能级的作用,而Mg替代Zn位对Zn和O的成键情况均有影响,并且导致Zn4s态向高能端的偏移大于O2p态向高能端的偏移,最终导致带隙增大。
【学位授予单位】:广州大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TN304.21

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