N-In共掺p型ZnO薄膜的结构和电学特性研究

采用射频磁控溅射技术在石英衬底上制备ZnO∶In薄膜,以N离子注入的方式进行N掺杂,通过优化退火条件成功实现了ZnO∶In-N薄膜的p型转变.研究发现:在590 C退火20 min获得性能良好的p-ZnO∶In-N薄膜,其空穴浓度、迁移率和电阻率分别为(1.01×1018) cm-3、3.40 cm2·V-1·s-1、1.81Ω· cm.结合XPS分析认为ZnO∶In-N实现p型导电正是由于In的掺入与受主N形成了有利于p型导电的受主Inzn-2No复合体.Hall跟踪测试发现p型导电会随时间变化而最终转变为n型导电,结合XPS和第一性原理计算认为薄膜中存在残余应力和(N2)o施主缺陷是p型不稳定的原因.     

粉末溅射制备N-In共掺p型ZnO薄膜

在石英玻璃衬底上以ZnO∶ In2O3粉末为靶材,采用射频磁控溅射法制备出具有良好c轴择优取向的ZnO∶ In薄膜,继而对样品进行二次N离子注入掺杂,成功实现N-In共掺p型ZnO薄膜.借助XRD、Hall测试、XPS和透射谱测试手段研究分析了共掺ZnO薄膜的晶体结构、电学和光学性质.结果表明制备的薄膜具有较高的结晶质量和较好的电学性能,其空穴浓度、迁移率和电阻率分别达到4.04×1018 cm-3、1.35 cm2V-1s-1和1.15 Ωcm.X光电子能谱(XPS)分析显示在p型ZnO薄膜里存在N-In键和N-Zn键,表明In掺杂可以促进N在ZnO薄膜的固溶,有利于N元素在ZnO薄膜内形成受主能级.另外,制备的ZnO薄膜在可见光范围内有很高的透射率,最高可达90%.其常温下的禁带宽度为3.2 eV,相对本征ZnO的禁带宽度略有减小.     

N-S共掺ZnO的第一性原理研究

通过第一性原理方法计算了未掺杂、N单掺和N-S共掺ZnO的电子结构。对态密度的计算发现，N单掺时会在价带顶费米能级附近形成一个局域性很强的能级，N-S共掺后N的局域性减弱，费米能级更加深入价带导致空穴浓度增加；对有效质量的计算发现，共掺时的有效质量较单掺时减小。计算结果表明，N-S共掺相对于N单掺有利于形成p型ZnO。     

ZnO薄膜的制备和研究进展

ZnO作为一种新型的宽禁带半导体材料，具有很好的化学稳定性和热稳定性，抗辐射损伤能力强，在光电器件、压电器件、表面声波器件等诸多领域有着很好的应用潜力．本文介绍了ZnO薄膜的基本性质以及喷雾热分解、脉冲激光沉积、金属有机物化学气相沉积等制备ZnO薄膜的技术和方法，并着重介绍了在ZnO紫外受激发射和p型掺杂等方面的研究进展．     

P型ZnO：N薄膜的拉曼及光电特性研究

采用电子柬蒸发技术在石英衬底上制备了ZnO薄膜,以N离子注入的方式及后期退火处理实现N掺杂ZnO薄膜．借助拉曼散射光谱、透射光谱和霍尔测试等手段研究了ZnO：N薄膜的拉曼及光电特性．结果表明：所有样品均呈现ZnO纤锌矿结构,在ZnO：N薄膜拉曼光谱中发现与N相关的振动模式（位于272．5,505．1和643．6cm-）,分析表明N已掺入ZnO薄膜中;霍尔测试表明,通过适当退火处理后,ZnO：N薄膜向P型转变,其空穴浓度为7．73x10^17cm-3,迁移率为3．46cm2V-1s-1,电阻率为2．34Ωcm．然而,长期进行霍尔跟踪测试发现ZnO：N薄膜的P型性能随时间并不稳定,结合拉曼散射光谱和第一性原理计算分析认为由于p-ZnO：N薄膜中存在残余压应力,同时薄膜中还出现了易补偿空穴的施主缺陷（N2）o是P型不稳定的根本原因．     

Al-N 共掺杂p 型ZnO 薄膜制备及电学性能的研究

利用射频磁控溅射技术在石英玻璃上制备了ZnO:Al薄膜,继而N离子注入实现薄膜的Al-N共掺杂,随后进行了不同温度和时间的热处理。并借助X射线衍射(XRD)、霍耳测试(Hall)、X射线光电能谱仪(XPS)等手段对ZnO薄膜的性能进行了表征。实验结果表明,Al-N共掺杂ZnO薄膜在578℃退火8 min表现出较稳定的p型导电,其载流子数高达1×1018～6×1018个·cm-3,对应的电阻率为1～9Ω·cm,迁移率为1～2 cm2·V-1·s-1。与单掺N相比,实现p型导电所需的退火温度有明显降低,这很可能与Al的掺入有关。此外,XPS测试结果证实大量的Ni取代O空位是薄膜p型导电的根本原因。     

Na-Mg弱掺杂ZnO薄膜的结构和电学特性

报道了用溶胶凝胶法制备由Na、Mg两种元素共同掺杂的ZnO薄膜,研究了在Na-Mg共同掺杂情况下,ZnO薄膜的表面形貌、微结构和电学性质.通过改变Na、Mg掺杂量与Zn的比值,ZnO薄膜可呈现良好的c-轴取向.同时,经过Hall效应测量发现:ZnO薄膜的电阻率、载流子浓度和迁移率随着Na、Mg的掺杂量而变化,并出现离散性,薄膜电阻率最低可达0.57×105Ω.cm,具有P-型传导性.     

P型ZnO薄膜的制备及特性研究

ZnO是一种新型的自激活宽带隙半导体材料,是一种理想的短波长发光器件材料,在光电子、高温大功率器件、高频微波器件以及信息技术领域等方面有着广阔的应用前景,实现和控制高质量P型掺杂是ZnO薄膜光电子应用的关键。本文用射频磁控溅射技术,在直径为100 mm的单晶Si(110)衬底上制备ZnO薄膜,薄膜厚度为1.8μm。用多功能离子注入机对ZnO薄膜进行N离子注入。通过退火实现了ZnO薄膜的P型转变。扫描电镜(SEM)观察表明,离子注入使薄膜表面形貌产生损伤和缺陷,粗糙度明显增加,但退火对表面形貌有很大改善。X射线衍射(XRD)给出样品具有对应于ZnO(002)面的衍射峰,表明薄膜具有较好的c轴择优取向。在不同温度下(500℃,650℃,800℃,900℃,950℃),     

ZnO的p型掺杂研究进展

ZnO是一种宽带隙Ⅱ~Ⅵ族半导体材料,由于其独特的性能,如高电子迁移率、广泛的激子结合能,是一种很有前途的光电器件材料;但因本征施主缺陷和施主杂质引起的自补偿效应等很难使其有效地实现n型向p型导电的转变.介绍了ZnO的p型掺杂机理、掺杂元素分类及国内外对p型ZnO研究的最新进展.     

氧化锌薄膜的p型掺杂及光学和电学性质

氧化锌属于一种直接带隙宽半导体材料,具备较小的玻尔半径及较大的激子束缚能,在短波长光电子器件研究领域具备较好的应用前景,对于提高光信息存取速度与光记录密度具有重要意义.在氧化锌薄膜形成过程中,将活性原子N掺入可以有效得到p-ZnO薄膜,对p型掺杂情况进行判断,根据结构设计制备出具备良好电学特性的ZnO同质p-n结,经观察发现,这种结构具备良好的伏安特性曲线,通过实验证明,p-ZnO具有很好的潜在应用价值,对实现ZnO光电器件实用化存在着极为重要的作用.     

Cd掺杂对ZnO∶In薄膜光电性质的影响

采用射频磁控溅射技术在石英衬底上制备了不同Cd掺杂浓度的ZnO∶(In,Cd)薄膜,并研究了Cd掺杂浓度对薄膜光学和电学性质的影响。透射光谱测试发现,掺Cd对薄膜的透射率影响不大,都在80%以上,且随着Cd掺杂浓度的增加,薄膜的禁带宽度在3.253～3.148eV范围内减小。霍尔测试表明,Cd掺杂增强了薄膜的导电性,当Cd掺杂浓度为0at.%、2at.%和4at.%时,薄膜的电阻率分别为(2.68×10-1)、(1.30×10-1)和(6.83×10-2)Ω.cm。结合理论计算和光致发光谱分析认为,Cd掺入后ZnO的导带明显下移,这不仅导致ZnO∶(In,Cd)薄膜的带隙变窄,同时使施主杂质(Zni和InZn等)的电离能减小,从而增强了薄膜的导电性能。     

p型ZnO:Mn-N薄膜的制备及特性研究

用射频磁控溅射法在石英玻璃衬底上制备了较高结晶质量的ZnO: Mn薄膜,继而进行N离子注入和退火处理,成功实现了ZnO薄膜的Mn-N两步法共掺杂和p型转变.利用X射线衍射(XRD)、Hall测试、分光光度计、X射线光电子能谱(XPS)等测试手段对其性能进行了分析.结果表明:所测样品均具有单一的c轴择优取向,薄膜在退火后没有检测到其它杂质相的生成;薄膜在650 ℃经10～30 min退火时均可实现p型转变,空穴浓度可达1016～1017cm-3,表明650℃可能为ZnO: Mn-N体系中N离子达到电激活成为有效受主的温度;XPS能谱证明了Mn2+、N3-离子的掺入;在热退火作用下,部分间隙位N离子达到电激活通过扩散进入O空位,形成N-Zn或N-Mn键,是样品转变为p型的依据; p型ZnO: Mn-N薄膜室温下的禁带宽度为3.16 eV,相对未掺杂ZnO的禁带宽度3.29 eV明显减小.     

In掺杂ZnO薄膜的制备及结构特性研究

通过射频反应共溅射法在硅衬底上制备了不同In掺杂量的ZnO薄膜,表征了薄膜的结构和表面形貌,研究了In掺杂量对ZnO薄膜的结构特性的影响.掠角X射线衍射分析结果表明制备的样品为ZnO薄膜,θ-2θ X射线衍射分析结果表明样品具有小的应力和C轴择优取向;原子力显微镜测试结果表明样品的颗粒大小和应力同其(002)衍射峰强度有关.薄膜具有较低的电阻率(10-1～100Ω穋m).当In掺杂量为3%时,样品的(002)衍射峰强度最高、压应力较小(7.3×108 N/m2).     

不同退火温度对ZnO:In薄膜的结构及光电特性影响

在室温条件下采用射频磁控溅射法在石英衬底上制备了高质量的ZnO:In薄膜。并且研究了不同退火温度对ZnO:In薄膜的结构、光电性能的影响,结果显示薄膜的晶粒大小随着退火温度的升高而增大,同时薄膜的载流子浓度随着退火温度的升高而降低,薄膜光学带隙也随着退火温度的升高而减小,第一性原理计算结果表明间隙锌原子在ZnO:In薄膜中的迁移势垒为0.90eV。间隙锌原子的受热溢出是薄膜光学带隙减小和载流子浓度降低的主要原因。     

溶胶-凝胶法制备Li-N共掺ZnO纳米薄膜及其性能表征

采用溶胶-凝胶法在石英衬底上沉积Li-N共掺ZnO纳米薄膜,研究热处理温度和Li掺杂浓度对ZnO薄膜结构和光学性能的影响.结果表明:适度的Li掺杂,以及随着热处理温度的适度升高,会导致ZnO(002)峰的半峰宽减小,薄膜结晶质量明显改善,但过高浓度的掺杂或过高的热处理温度,则会诱发新的缺陷,导致结晶质量下降.另外Li掺杂引起ZnO薄膜的光学带隙发生变化,从而使样品在未掺杂时以紫光发光最强而掺杂后样品以紫外发光最强.     

Sol-Gel法制备Al掺杂ZnO薄膜的微结构及电学特性

采用溶胶-凝胶法在Si(100)衬底上制备了不同浓度Al掺杂的ZnO(AZO)薄膜。XRD研究表明Al掺杂对薄膜的结晶产生明显的影响。用四探针法测量其电阻特性,表明在1 mol%Al掺杂,600℃下退火,其电阻率最低。     

Mg和Mn共掺的ZnO纳米薄膜的光学性质和磁性

采用溶胶-凝胶法制备了Mg和Mn共同掺杂的ZnO纳米薄膜,并对其结构、光学和磁学性质进行了表征.结果表明:样品具有六角纤锌矿结构,退火过程中出现了尖晶石结构的Mn3O4和MgMn2O4.随退火温度的升高,样品的光学质量有所提高;样品的磁性可能来源于MgMnZnO.