透明氧化物p-n结的制备和性能研究

发布时间：2020-03-23 01:49

【摘要】：透明电子学日渐受到越来越多的关注,它主要研究透明的电子器件及电路等,其在消费电子产品尤其是显示领域有非常大的应用前景。透明氧化物p-n结是透明电子学中的基础元件,研究其光电性能对透明电子学的发展有着十分重要的促进作用。本论文主要是探索基于透明氧化物半导体的p-n异质结的制备和性能研究,研究的主要内容如下:采用脉冲直流反应磁控溅射技术制备了Zn O,CoO_x和NiO金属氧化物薄膜,其中在生长Co O_x和NiO薄膜时改变通入氧气的流量从而调控薄膜的相结构或性能,所制备的薄膜与基底具有良好的结合力,薄膜平整且均匀性较好。采用多种技术表征了所生长的薄膜相结构和光电性能等。然后利用ZnO薄膜作为n型材料,不同氧气流量下生长的CoO_x和NiO薄膜分别用作p型材料制备了p-n异质结,测试其I-V曲线并研究器件的性能参数。通过上述的实验和测试表征我们得到的结果如下:(1)Zn O薄膜为纤锌矿结构,并沿001方向择优生长,薄膜在可见光范围内透明性能良好,其电阻率约为596 Ohm·cm;(2)CoO_x薄膜随氧气通入量的增加相结构发生了改变,依次获得了立方岩盐相CoO、六方纤锌矿相CoO和立方尖晶石相Co_3O_4三种相结构。立方岩盐相CoO在可见光范围内透明性良好,但是Co_3O_4在可见光范围几乎全吸收。(3)获得的所有NiO薄膜均为岩盐相,其相结构不随薄膜生长时氧气流量的变化而发生变化,NiO薄膜在可见光范围内透明性能良好,而且平均透过率随生长时氧气流量的增加呈递减趋势,而其电阻率随生长时氧气流量的增加有先增加后减小的趋势,在12 sccm氧气流量条件下生长的NiO薄膜具有最大的电阻率值。(4)我们测试了所组装p-CoO_x/n-Zn O的p-n结的I-V曲线,获得了其阈值电压、整流比和理想因子等性能参数。结果发现所组装的p-n异质结均具有良好的整流效应,但是其反向偏压下的漏电流较大,而且器件的稳定性和重复性能较差。(5)相比较来说p-NiO/n-ZnO异质结整体性能良好,每个器件样品均表现出良好的整流效应,具有较小的阈值电压,而且阈值电压是氧气通入量的函数,随生长Ni O薄膜层时氧气流量的增加阈值电压先减小后增大,而且具有最大电阻率的NiO组成的p-n结具有最佳的电学性能,包括较大的整流比、较小的阈值电压、较小的理想因子。
【图文】：

透明显示,西南科技大学,氧化物半导体

西南科技大学硕士研究生学位论文大于轻金属阳离子例如铝，，导致产生了一宽度成正相关，因此透明氧化物是电活O 和 Al2O3是典型的绝缘材料。相对于传独特的优势，首先具有宽的带隙在可见应用的前提，另外氧化物半导体材料对Si 半导体的一个显著优势，Si 半导体对缺 1014cm-3，这使得 Si 的生产条件比较苛境，这就极大的增加了其制备成本，相产成本低。

岩盐,纤锌矿结构,闪锌矿,晶体结构

图 1-2 ZnO 的晶体结构:(a)岩盐相，(b)闪锌矿，(c)纤锌矿结构Fig. 1-2 Crystal structures of ZnO:(a) Rocksalt, (b) Zinc blende, and (c)WurtzitenO 是目前研究最多的 n 型半导体金属氧化物材料，近年来获得了相这是因为 ZnO 的激子结合能较大高达 60 meV，这使得其即使是在室有基于激子重组的激光活性(室温能量在 26 meV)，受激发射的阈值宽而可调的光学直接带隙，其带隙能范围为 3.3-3.4 eV，在可见光范的透明度，这表明 ZnO 在室温就具备优异的光电特性。而且它具有性和化学稳定性，通过合适的掺杂或后处理可以改变其电导率，与艺相兼容，原料丰富、无毒、容易制备、制备的成本低，是固有的体氧化物[14-17]。基于这些固有特性 ZnO 成为第三代新型半导体材料类功能材料，成为光电领域研究的热点材料，有望应用于发光二极管[电膜[20, 21]，气体传感器[22, 23]，太阳能电池[24, 25]，紫外探测器[26-28]等于 ZnO 晶格常数的研究可以追溯到 1935 年 Bunn 等人的工作[29]，1
【学位授予单位】：西南科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O475

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