InN薄膜的制备、微结构及光电特性研究

发布时间：2017-04-03 22:01

  本文关键词：InN薄膜的制备、微结构及光电特性研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：有关新型半导体薄膜材料的研究已经持续多年,它是新功能材料等研究领域中的热点课题之一。在Ⅲ-Ⅴ族半导体化合物中,氮化铟(InN)是性能优良的新型半导体材料,由于其本身具有特殊的物理性质和潜在的应用价值,故而备受国内外研究人员的广泛关注。理论研究表明,InN材料在Ⅲ族氮化物半导体材料中具有最高的迁移率、峰值速率、电子漂移速率和尖峰速率以及具有最小的有效电子质量,这些特性使得InN材料在高频率和高速率晶体管的应用上具有非常独特的优势。随着分子束外延法制备的带隙为0.7 eV的高质量InN薄膜的出现,InN材料受到越来越多的关注。目前国内外研究人员对InN的晶格振动、电学输运、非线性光学、光致发光等特性进行了多方面的研究。研究表明InN有望成为实现高频高速率晶体管、异质结场效应管、超快光开关器件、光限幅器件以及高性能太阳能电池的最佳材料。本文从InN薄膜的制备、微结构和光电性能入手,围绕InN薄膜的生长条件、薄膜表征及其光电性能等方面开展了一系列研究工作。文中我们计算了InN材料的电子结构和输运性质,制备了InN薄膜和InN异质结器件。通过XRD、AFM、SEM、EDS、分光光度计和Keithley 2400对薄膜和器件进行了系统的、标准的分析,重点研究了生长参数对InN薄膜形貌及性质的影响和InN异质结器件的制备和性能。具体研究内容如下:1.用VASP和WIEN2k等第一性原理计算软件,结合半经典玻尔兹曼理论计算了InN材料的结构参数、弹性常数、热输运性质、能带结构、态密度、电子局域函数及电子输运特性,研究InN材料的热电性能,探讨其在热电领域的应用。2.用射频反应溅射方法在不同N2/Ar比例下在Si(111)和石英衬底上生长了InN薄膜,对薄膜的组分、结晶状态、形貌及光学性质等进行了表征,研究了不同N2/Ar比例对InN薄膜形貌和性质的影响。3.用射频反应溅射方法在不同衬底温度下在Si(111)和石英衬底上生长了InN薄膜,并对薄膜的结晶状态、形貌及光学性质等进行了表征,研究了不同衬底温度对InN薄膜形貌和性质的影响。4.用优化后的InN薄膜生长参数制备Au/n-InN/p-GaN/Au异质结器件,表征了GaN衬底上InN薄膜特性,并初步研究了Au/n-InN/p-GaN/Au异质结器件Ⅰ-Ⅴ特性。5.用优化后的InN薄膜生长参数制备Au/InN/Nb:SrTiO_3/In异质结器件,表征了Nb:SrTiO_3衬底上InN薄膜特性,并初步研究了Au/InN/Nb:SrTiO_3/In异质结器件Ⅰ-Ⅴ特性。
【关键词】：氮化铟 射频溅射 电子结构 表面形貌 光电特性
【学位授予单位】：河南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB383.2;TN304.2
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 第1章 绪论11-21
• 1.1 引言11
• 1.2 InN材料的基本结构11-12
• 1.3 InN薄膜的性质及研究进展12-15
• 1.4 本论文主要研究内容15-16
• 参考文献16-21
• 第2章 InN薄膜的制备技术及表征方法21-29
• 2.1 引言21
• 2.2 射频溅射制备InN薄膜21-23
• 2.2.1 溅射镀膜基本原理21-22
• 2.2.2 本文采用的磁控溅射设备22-23
• 2.3 InN薄膜的表征方法23-26
• 2.3.1 晶体结构表征23-24
• 2.3.2 表面形貌及薄膜成分表征24-25
• 2.3.3 光学及电学性能表征25-26
• 2.4 本章小结26-27
• 参考文献27-29
• 第3章 InN材料的晶格结构、电子结构及热电性质29-43
• 3.1 引言29
• 3.2 计算方法29-30
• 3.3 晶格结构30-31
• 3.4 热输运性质31-32
• 3.5 电子输运性质32-35
• 3.6 电子结构35-38
• 3.6.1 电子局域函数35-36
• 3.6.2 能带结构36-37
• 3.6.3 态密度37-38
• 3.7 本章小结38-39
• 参考文献39-43
• 第4章 生长参数对InN薄膜形貌及性质的影响43-59
• 4.1 引言43
• 4.2 N_2/Ar比例对InN薄膜形貌及性质的影响43-50
• 4.2.1 薄膜的晶态分析44-45
• 4.2.2 薄膜的形貌分析45-48
• 4.2.3 薄膜的成分分析48-49
• 4.2.4 薄膜的光学性质49-50
• 4.3 衬底温度对InN薄膜形貌及性质的影响50-55
• 4.3.1 薄膜的晶态分析51-52
• 4.3.2 薄膜的形貌分析52-54
• 4.3.3 薄膜的光学性质54-55
• 4.4 本章小结55-56
• 参考文献56-59
• 第5章 InN异质结器件制备及性能研究59-69
• 5.1 引言59
• 5.2 n-InN/p-GaN异质结制备及性能研究59-63
• 5.2.1 n-InN/p-GaN异质结器件制备59-60
• 5.2.2 n-InN/p-GaN异质结材料特性研究60-61
• 5.2.3 n-InN/p-GaN异质结器件性能研究61-63
• 5.3 Au/InN/NSTO/In异质结制备及性能研究63-66
• 5.3.1 Au/InN/NSTO/In异质结器件制备63-64
• 5.3.2 Au/InN/NSTO/In异质结材料特性研究64-65
• 5.3.3 Au/InN/NSTO/In异质结器件性能研究65-66
• 5.4 本章小结66-68
• 参考文献68-69
• 第6章 结论与展望69-71
• 6.1 结论69-70
• 6.2 展望70-71
• 致谢71-73
• 攻读学位期间发表的学术论文目录73-74

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