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Tb掺杂ZnO薄膜和高K栅介质Er_2O_3薄膜的制备及特性研究

方泽波  
【摘要】:本论文主要包括两方面的内容:退火及Tb掺杂对ZnO薄膜结构,电学和光学特性的影响;硅基高K栅介质Er_2O_3薄膜的制备及特性研究。 ZnO是一种重要的宽带隙半导体材料。由于它在太阳能电池,压电器件,以及发光二极管等领域有广泛的应用前景。已经引起了许多研究者的关注,本论文第一部分主要研究了退火和Tb掺杂对多晶ZnO薄膜结构,电学及发光特性的影响。 采用射频反应溅射法,成功制备了高度取向的多晶ZnO薄膜,通过不同温度的退火处理,研究了退火对ZnO薄膜结构和发光特性的影响。由X射线衍射得知,随着退火温度的升高,晶粒逐渐变大,薄膜中压应力由大变小至出现张应力。PL测量显示样品在430 nm附近有一光致发光峰,这在国际上属首次发现。联合样品电阻率的变化及能级图,我们认为ZnO的蓝光发射主要来源于薄膜中的锌填隙原子缺陷。 用射频反应共溅射法在Si衬底上制备出了铽(Tb)掺杂ZnO透明导电薄膜。研究了Tb掺杂量和衬底温度对ZnO薄膜结构、电学和光学特性的影响。在最佳沉积条件下我们制备出良好C轴取向,电阻率为9.34×10~(-4)Ωcm,且可见光段平均透过率大于80%的ZnO:Tb透明导电材料。通过对ZnO:Tb薄膜发光研究,我们认为ZnO:Tb可能在氧化物发光二极管中得到广泛的应用。关于ZnO:Tb的制备及应用研究,国际上还没有其他研究小组报道。 随着集成电路的发展,传统的SiO_2栅介质正日益趋于它的极限。因此,各种各样的高k材料被用来研究作为SiO_2栅介质的可能的替代物质。氧化铒由于具有较高的介电常数,大的带隙偏移和良好的化学稳定性被认为可能是一种很有应用前景的栅介质材料。 在本论文的第二部分里,我们主要研究高k栅介质Er_2O_3的生长及其特性。首先我们第一次实现了Er_2O_3薄膜在Si(100)和Si(111)衬底上的单晶生长。Er_2O_3薄膜在Si(100)上的外延关系为Er_2O_3(110)//Si(100)或者Er_2O_3(100)//Si(100)。Er_2O_3薄膜在Si(111)上的外延关系为Er_2O_3(111)//Si(111)。其次我们利用光电子能


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