反应磁控溅射制备氮化锌及其掺杂薄膜与器件

发布时间：2018-12-06 18:26

【摘要】：在以往的几十年时间里,对Ⅲ族氮化物材料进行了大量研究,在光照和功率半导体方面研发出了具有优异性能的光电子器件,并实现了商业的应用。然而,有关Ⅱ族氮化物的研究相比就少的多,特别是氮化锌(Zn_3N_2)。氮化锌材料的制备并不昂贵,而且不含有任何的有毒成分。它拥有优异的电学性能,比如具有较高的霍尔迁移率和导电性。到目前为止,氮化锌的光学禁带宽度并不确定。可变的光学禁带宽度使得氮化锌在光电器件领域具有潜在的应用前景,对氮化锌进行掺杂可能会得到期望的光学禁带宽度和优异的电学性质。在本实验中,我们采用反应射频磁控溅射的方法制备氮化锌及其掺杂薄膜及器件,采用脉冲激光沉积方法制备ZnCo_2O_4作为p型层制备p-n结,并构建了底栅结构的场效应器件。研究了生长参数以及Al掺杂对于氮化锌及其掺杂薄膜的结构、组分、表面形貌、光电等性质的影响。本文的研究工作和结果如下:1.我们使用反应射频磁控溅射的方法,改变生长条件制备了一系列氮化锌薄膜,衬底均为石英衬底。溅射靶材料为纯锌,N2作为反应气体,Ar作为溅射气体,生长温度为200℃,氮氩比0%～100%,反应室压强3Pa～10Pa,溅射功率60W～100W。通过XRD测试发现,大部分的氮化锌薄膜均为单一择优取向的多晶薄膜,峰位对应于Zn_3N_2(321)面。反应室压强过大和溅射功率较低时,溅射粒子的能量较低,降低薄膜质量。当氮氩比过低时,反应室内没有足够的氮气反应生成氮化锌薄膜,表现为不成膜或者生长的薄膜为非晶薄膜。当衬底温度为200℃、氮氩比10:10、反应室压强7Pa、溅射功率70W时,氮化锌的结晶质量较好。2.我们使用反应射频磁控溅射的方法在石英衬底上制备了一系列掺Al氮化锌(ZnN:Al)薄膜。通过调整铝片在靶材上有效溅射面积的比例,得到不同掺杂浓度的薄膜。当衬底温度为200℃,掺杂比例2%～16%,氮氩比20%～80%,反应室压强3Pa～10Pa,溅射功率50W～100W。XRD结果显示生长的薄膜多为单一择优取向的多晶薄膜,峰位对应于Zn_3N_2(321)面。随着掺杂比例的增加,ZnN:Al薄膜的光学禁带宽度增大,SEM图像显示薄膜表面颗粒减小,颗粒间界更加清晰。当衬底温度为200℃、氮氩比6:14、反应室压强3Pa、溅射功率70W时,生长的ZnN:Al薄膜的结晶质量较好。3.采用脉冲激光沉积的方法在石英衬底上制备了 ZnCo_2O_4薄膜作为p型层,利用磁控溅射方法生长ZnN:Al薄膜作为n型层构建p-n器件和底栅结构的场效应器件。电学测试结果表明p-n器件具有较好的整流特性,在可见光波段内的平均透过率在30%左右。场效应器件呈现出了一定的饱和特性,当栅极偏压正向增加时,源漏电流IDS逐渐增大。
[Abstract]:In the past decades, a large number of studies have been carried out on the 鈪，

本文编号：2366460