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宽带隙半导体(ZnO,SiC)材料的制备及其光电性能研究

邓锐  
【摘要】: 在半导体材料的发展中,一般将Si,Ge称为第一代电子材料,GaAs,InP,GaP,InAs,AlAs等称为第二代电子材料,而将宽带隙高温半导体ZnO,SiC,GaN,AlN,金刚石等称为第三代半导体材料。随着科学技术的发展,对能在极端条件(如高温、高频、大功率、强辐射)下工作的电子器件的需求越来越迫切。常规半导体如Si,GaAs等已面临严峻挑战,故发展宽带隙半导体(E_g>2.3 eV)材料已成为当务之急。 在本论文中,我们主要讨论了宽带隙半导体材料ZnO、SiC的制备及其光电性能的研究。 对于ZnO纳米材料,我们采用热蒸发法制备。 我们发展了制备ZnO纳米柱阵列的热蒸发法。实验不需要引入催化剂,也不需要预先沉积ZnO层,用廉价的硅衬底代替昂贵的蓝宝石衬底,在常压下得到了结晶质量好的样品。我们在较低生长温度(550℃)下,获得了结晶质量好的,高度定向的ZnO纳米柱阵列,而且,我们研究了物性和讨论了生长机制。 分别在550℃,600℃和650℃下。采用热蒸发法,合成了ZnO:Li纳米线,发现在600℃下合成的样品的紫外发光峰是550℃下合成的样品的十几倍,我们把这种现象归结于Li的掺杂引入了受主,受主浓度的增大让激子浓度变大。最后作出它的气敏器件。 在680℃时,采用不同源不同温度的方法,合成了ZnO:Al纳米线。发现它的紫外发光峰有蓝移现象,我们把这种现象归结于著名的B-M(Burstain-Moss)效应。 对于ZnO薄膜材料,我们采用了PLD(脉冲激光沉积)法制备。 采用Si衬底上制备ZnO薄膜的过程中,克服Si衬底与ZnO薄膜之间高达40%的晶格失配,减少由此产生的缺陷,在400℃下沉积得到较高质量的ZnO薄膜,在此基础上,研究ZnO/p-Si薄膜光电性能。 我们采用SiC做衬底,外延生长高质量的ZnO薄膜。 在400℃下沉积得到较高质量的ZnO:Ag薄膜,得到较稳定的p型特性。Ag掺入ZnO时,Ag占据Zn态,形成Ag_(Zn)受主。并讨论了Ag在ZnO中的存在的形态。 对于SiC薄膜材料,我们采用了PLD(脉冲激光沉积)法制备。 在C气氛下,于800-1200℃退火处理2小时。通过XRD,红外和XPS等一系列的测试手段表明,在1200℃退火,能很好抑制SiC的氧化和C的逃逸。得到很好结晶质量的SiC和较好的化学剂量比的。


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