收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

Sb掺杂制备p-ZnO及Si衬底Zn_(1-X)Mg_xO外延薄膜和ZnMgO/ZnO量子阱的研究

潘新花  
【摘要】:作为一种新型的宽禁带化合物半导体材料,氧化锌(ZnO)在短波长光电器件领域具有巨大的应用潜力。ZnO具有直接带隙能带结构,室温禁带宽度为3.37eV,对应于近紫外光波段。同时,ZnO具有60 meV的激子结合能,远高于其它宽禁带半导体材料,如GaN为25 meV,其激子在室温下可以稳定存在,易于实现室温或更高温度下高效的激子受激发光。因此,ZnO是制备蓝光-紫外光发光二极管(LEDs)和激光器(LDs)等光电器件材料。 众所周知,为了提高光电器件的性能,器件大多采用p-n结、超品格或量子阱结构。因此,要实现ZnO在光电领域的广泛应用,ZnO研究需要解决两大关键问题。一是实现稳定可靠的p-ZnO,即“掺杂工程”;二是ZnO能带裁剪及制备性能优良的ZnO基量子阱或超晶格结构,即“能带工程”。虽然目前这两方面的研究都已经取得了一些进展,但同时还存在诸多问题,仍然是制约ZnO实际应用的两大瓶颈。基于上述情况,本文针对这两大关键问题开展研究。整篇行文分为两大部分:第一部分的研究以如何获得性能良好的p-ZnO薄膜为初衷,深入探索p型掺杂机理;第二部分的研究是以ZnO能带裁剪为中心而展开的。主要工作包括以下内容: 1.采用脉冲激光沉积法(PLD)Sb掺杂技术实现ZnO薄膜的p型转变,并系统研究了实现Sb掺杂p型ZnO薄膜的生长窗口。研究发现,只有在合适的氧气氛、衬底温度、Sb含量的条件下,才能获得良好的p型导电性能。通过系统研究,得到优化的工艺参数为:生长压强1 Pa、衬底温度550℃、sb含量2 at.%。我们采用绝缘衬底在上述工艺参数下制备的p型ZnO薄膜其电阻率为2.2Ω·cm,载流子浓度为2.3×1018cm-3,迁移率为1.23 cm2/V·s。在此基础上,我们还研究了Sb掺杂ZnO薄膜的p型电导稳定性。研究发现,Sb掺杂p型ZnO薄膜具有较好的时间稳定性。 2.采用氧等离子体辅助PLD法制备轻掺Sb的p型ZnO薄膜,并深入研究Sb掺杂ZnO薄膜的p型导电机理。氧等离子体可以有效地提高氧的活性,为sb掺杂ZnO薄膜生长提供富氧环境。研究发现,Sb掺杂p型ZnO薄膜具有双受主行为:富氧环境引入锌空位(VZn)受主,此受主能级为~336 meV,属于深受主;Sb掺杂引入相关受主,能级为~161 meV。结合第一性原理计算提出的大尺寸元素掺杂模型,揭示Sb掺杂ZnO薄膜的p型导电机理:sb掺入ZnO中,占据Zn的晶格位置,同时诱生2个VZn,形成SbZn-2VZn受主缺陷复合体。 3.采用PLD法生长sb掺杂p型Zn1-xMgxO薄膜,并研究了Mg含量对Sb掺杂Zn1-xMgxO薄膜性能的影响。研究发现,薄膜中的Mg含量对于实现sb掺杂Zn1-xMgxO薄膜的p型转变非常重要,当Mg含量控制在适当的范围内才能获得良好的p型导电性能。此外,我们还发现在ZnO中掺入适量的Mg,有利于实现ZnO薄膜的p型掺杂。 4.采用PLD法在si(111)衬底上生长Zn1-xMgxO合金薄膜。研究发现,通过在si(111)衬底上先引入一层Lu2O3(111)缓冲层,可以有效地缓解si与Zn1-xMgxO之间的晶格失配,从而实现si衬底上外延生长Zn1-xMgxO薄膜。此外,针对Si衬底生长Zn1-xMgxO薄膜,当薄膜厚度较厚时容易出现开裂的问题,我们发明了一种新的工艺:采用周期生长,在Zn1-xMgxO薄膜生长过程中多次插入~10 nm厚的低温Zn1-xMgxO层。此生长工艺有效解决了开裂问题。 5.采用变温PL和变温Hall测试分析Mg掺杂引起ZnO中导带边移动机制。研究发现:Mg掺入ZnO中,引起ZnO能带发生展宽,同时导致ZnO薄膜的施主能级变深。由此得出:Mg掺入ZnO中使ZnO能带中导带边发生上移。 6.采用PLD法在Lu203(111)/si(111)衬底上生长ZnO/Zn0.9Mg0.1O多量子阱,并研究了多量子阱的光学性能。研究表明,ZnO/Zn0.9Mg0.1O多量子阱结构实现了高效的势阱层内激子发射以及载流子注入。另外,通过改变量子阱的阱宽可以实现激子发射波长在较大范围内调节。 在势阱宽度为5 nm的ZnO/Zn0.9Mg0.1O多量子阱中,观察到局域激子(LE)发光峰的峰位较ZnO外延薄膜发生13 meV的蓝移,合理地解释了此蓝移行为是量子约束效应与量子约束Stark效应的综合作用结果。此外,我们还研究发现,ZnO/Zn0.9Mg0.1O多量子阱中LE发光峰强度随温度的衰减速率远远小于ZnO薄膜,表明ZnO/Zn0.9Mg0.1O多量子阱易于实现室温或更高温度下高效的激子发射。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 宋登元,郭宝增,李宝通;Ar~+激光诱导湿刻Si的特性研究[J];激光技术;1999年03期
2 魏劲松,阮昊,施宏仁,干福熹;基于Sb掩膜的只读式超分辨光盘[J];科学通报;2002年12期
3 陈平平,Per.Poulsen,韩民,王广厚;硅团簇束流淀积的分形生长[J];原子与分子物理学报;1998年S1期
4 何苗,易新建,程祖海,刘鲁勤,王英瑞;凹型Si微透镜阵列的制作[J];红外与毫米波学报;2002年01期
5 薛其坤,王恩哥,吴克辉,樱井利夫,川添良幸,张绳百;Na原子在Si(111)-(7×7)表面的吸附:从二维原子气到纳米团簇阵列[J];物理;2004年02期
6 卢江红,林进妹,林爱兰,李鲤燕,黄如莺,陈国良;Pt电极上Sb吸附原子对甲酸电催化氧化性能的影响[J];福州大学学报(自然科学版);2003年06期
7 罗文明;于晓刚;王卫东;;基于SI实现逼近网络原理的连续小波变换[J];科技信息;2009年05期
8 王亮,冯旗,龚惠兴;多元探测器前放集成组件分析与设计[J];红外与毫米波学报;1999年01期
9 李东宏,李耀鑫,朱升云;在Si中In的热退火现象的扰动角关联研究[J];原子能科学技术;1991年03期
10 魏劲松,阮昊,施宏仁,干福熹;一种新的超分辨记录点的读出技术[J];光学学报;2003年05期
11 陈丽娟,朱定一,关翔锋,汤伟;Pb-15%Sb过共晶合金的深过冷及快速凝固[J];福州大学学报(自然科学版);2003年06期
12 李月芳;姚檀栋;王宁练;李真;田立德;徐柏青;;帕米尔东部慕士塔格冰芯Sb浓度变化记录揭示的近50a来中亚区域人类活动[J];冰川冻土;2008年03期
13 朱满康;陈健;侯育冬;严辉;;Eu掺杂ZnO薄膜与Si(100)衬底间扩散过程分析(英文)[J];稀有金属材料与工程;2008年S2期
14 薛安;唐晓宁;甘蔓;徐开鑫;韩涛;;高纯钛制备过程中杂质Si的行为分析[J];贵州大学学报(自然科学版);2009年04期
15 资剑,张开明;金刚石、Si、Ge和α-Sn的声子色散曲线[J];应用科学学报;1991年02期
16 胡建华;Si上生长BSCCO超导薄膜的缓冲层选取及制备[J];低温与超导;1997年04期
17 张岳兰,刘华山,金展鹏;Nb-Ti-Si 三元系相平衡的热力学计算[J];中南工业大学学报(自然科学版);1998年04期
18 付亮剑,孙建义,陈艳,许梓荣;影响动物肠道SI基因表达的因素[J];浙江农业学报;2004年03期
19 何萌;吕惠宾;黄延红;赵昆;田焕芳;相文峰;陈正豪;周岳亮;金奎娟;李建奇;杨国桢;;用激光分子束外延在Si衬底上外延生长La_(1-x)Sr_xMnO_3单晶薄膜[J];中国科学G辑;2005年06期
20 乐淑萍;郑畅达;江风益;;静电对Si衬底GaN基蓝光LED老化寿命的影响[J];南昌大学学报(理科版);2007年03期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 柳瑞清;刘东辉;胡斐斐;刘羽飞;;Si含量对铸态C72500合金的组织及性能影响[A];中国有色金属学会第十四届材料科学与合金加工学术年会论文集[C];2011年
2 林艳;谢刚;崔焱;杨大锦;李尚勇;俞小花;;Sb(Ⅲ)~F配合离子还原活性的理论研究[A];2010年全国冶金物理化学学术会议专辑(下册)[C];2010年
3 谭继廉;靳根明;李占奎;徐瑚珊;李海霞;韩励想;魏计房;戎欣娟;王秀华;卢子伟;张宏斌;王柱生;祖凯玲;鲍志勤;李春艳;龚伟;田大宇;于民;王金延;张录;;双面Si条两维位置灵敏探测器的研制及在空间探测中的潜在应用[A];第二十三届全国空间探测学术交流会论文摘要集[C];2010年
4 周原;王茺;韦冬;杨宇;;C~+离子注入Si晶体中堆垛层错的研究[A];2011中国功能材料科技与产业高层论坛论文集(第三卷)[C];2011年
5 王秀文;;西门子802D sI数控系统在机床上的应用[A];科学发展与社会责任(A卷)——第五届沈阳科学学术年会文集[C];2008年
6 王矜奉;郑立梅;;高Li高Sb铌酸钾钠基无铅压电陶瓷[A];中国电子学会第十六届电子元件学术年会论文集[C];2010年
7 刘鹏强;王茺;杨宇;;Si表面生长Ge量子点的研究进展[A];战略性新兴产业的培育和发展——首届云南省科协学术年会论文集[C];2011年
8 黄娇;韩占刚;;基于Keggin结构的双Sb帽多金属氧酸盐化合物[A];中国化学会第四届全国多酸化学学术研讨会论文摘要集[C];2011年
9 张金艳;沈岩林;张君博;徐炎慧;徐自伟;;添加剂B_4C和Si粉对铁沟浇注料性能的影响[A];2011全国不定形耐火材料学术会议论文集[C];2011年
10 李玲;张国平;刘虹;项萌;魏晓飞;李海霞;;矿区土壤-植物体系中Sb、As的活动性研究[A];中国矿物岩石地球化学学会第13届学术年会论文集[C];2011年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 潘新花;Sb掺杂制备p-ZnO及Si衬底Zn_(1-X)Mg_xO外延薄膜和ZnMgO/ZnO量子阱的研究[D];浙江大学;2010年
2 宋建军;Si基应变材料能带结构研究[D];西安电子科技大学;2008年
3 于晓明;利用表面改型Si衬底制备氧化物薄膜及生长机制研究[D];东北大学;2009年
4 舒斌;Si基应变三维CMOS关键技术研究[D];西安电子科技大学;2007年
5 杜正良;Mg_2(Si,Sn)基热电材料的可控制备及性能优化[D];浙江大学;2012年
6 王卓;轻气体离子注入Si基材料引起的损伤及其机制研究[D];天津大学;2010年
7 张倩;Mg_2(Si,Sn)基热电材料的合金化和复合化研究[D];浙江大学;2009年
8 贾明;氟化物熔盐体系中Si的电化学提取与提纯[D];中南大学;2011年
9 赵晗;光子准晶特性研究和Si光子线Interleaver设计[D];吉林大学;2010年
10 刘祥;平面硅Si(111)-H表面共价偶联的单分子膜和高分子刷的制备及其化学转换用于固定生物分子[D];南京大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
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 谭绪卫;玻璃衬底ZnMgO/ZnO纳米材料的制备及性能研究[D];湘潭大学;2011年
3 罗克帅;Si及Si-Sb复合合金化对AZ91镁合金组织和性能的影响[D];吉林大学;2008年
4 李玮聪;锰的硅化物纳米线在Si(110)、(100)表面的外延生长[D];上海交通大学;2012年
5 郭延岭;石英衬底上多晶Si薄膜的制备与电学特性[D];河北大学;2011年
6 黄海波;新生儿缺氧缺血性脑病SI、SF的动态变化及意义[D];南华大学;2011年
7 孟杨;Sb、Y对A356合金变质的效果评估及机理分析[D];河北工业大学;2011年
8 章娜;应变Si载流子散射机制及特性研究[D];西安电子科技大学;2010年
9 苑呈芹;带扩散的具有常数迁入率和非线性传染率的SI模型分析[D];北京交通大学;2010年
10 范志东;Si纳米线的固—液—固可控生长及其形成机理分析[D];河北大学;2010年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 中国电子信息产业发展研究院软件与信息服务业研究所副所长 牟淑慧;SI转型提供综合服务是必然选择[N];中国计算机报;2010年
2 赛迪评测配件实验室 孙海涛;正是春风得意时[N];中国计算机报;2001年
3 缪健;安捷伦并购Sirius[N];通信产业报;2001年
4 于寅虎;惠普用速度打造CD Writer 9600Si[N];中国电子报;2000年
5 电脑商报记者 谢涛;富基发展零售行业SI[N];电脑商报;2009年
6 VAR记者 史春鹃;富士通扫描仪亲近SI[N];电脑商报;2011年
7 特约作者 张义春;大潮晚来急[N];电脑报;2002年
8 ;Six Sigma会上希捷公司成功经验亮相[N];科技日报;2000年
9 电脑商报记者 祁萌;伊顿组建SI销售团队[N];电脑商报;2009年
10 李静华;SI住宅体系应成住宅产业化主力[N];中国房地产报;2010年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978