ZnO/MgO(111)的生长和镁氮掺杂

摘要

氧化锌(ZnO)具有宽禁带、高激子束缚能、无毒、价格低廉、较强的抗辐射能力等优点，被广泛用于太阳能电池、液晶显示器、传感器等。另一方面，氧化锌由于其本征施主型点缺陷等呈现的是N型导电类型，很容易进行施主的掺杂，相对的，其P型的掺杂就显得相当困难，这也是制约氧化锌在应用上普及的瓶颈。同时，氧化锌单晶薄膜的质量由于异质外延的问题，存在晶格失配，热膨胀系数不同的问题，难以大幅度提升。实验中，我们利用分子束外延技术(MBE)方法在氧化镁(111)面上进行镁氮共掺氧化锌单晶生长。通过对样品进行一系列表征来研究镁的参与对掺氮氧化锌晶体生长的影响。与此同时，我们也对氧化镁(111)面上进行界面预处理的工艺研究，希望能够提升氧化锌单晶的质量。
　　实验过程中，通过分析X射线衍射仪表征图谱表明了氧化性薄膜在氧化镁(111)面上的C轴优先生长。结合其氧化锌(002)的峰高、半宽高、扫描电子显微镜对样品的截面表征以及AFM表面形貌的表征可以得知，在氧化锌生长过程中进行氮掺杂，抑制了晶体的生长质量提高，而在镁氮共掺氧化锌单晶的生长过程之中，镁的参与可促使掺氮氧化锌材料的生长质量的提高。对样品进行X射线光电子谱表征，在掺氮氧化锌的样品中发现了代表Zn-N的峰，表明了在氧化锌单晶的生长过程中进行掺氮能够形成P型氧化锌导电类型的转变;测试结果还发现在镁氮共掺氧化锌的样品中，镁的掺入抑制了(N2)o缺陷的产生。如果把元素的敏感因子同时考虑进去，可以发现镁氮共掺氧化锌中的氮元素含量高于掺氮氧化锌中的氮元素含量接近两倍多。
　　在对氧化镁(111)面上进行预处理的工艺研究过程中，我们使用氮等离子体十分钟与镁原子一分钟对样品衬底进行五周期的轮换喷射处理，发现经过这种方法预处理之后，样品表面氧化锌呈现准二维生长模式，RHEED光斑呈现出了锐利的条纹状，其X射线衍射仪显示的氧化锌(002)峰的半宽高也明显减小，原子力显微镜的粗糙度测试明显下降，晶体质量明显变好，这对生长高质量的氧化锌具有一定的指导意义。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 ZnO的基本特性、晶体结构

1．3 氧化锌的制备手段

1．4 氧化锌的能带及能带工程

1．5 光学性质以及缺陷和掺杂

1．6 ZnO的应用

1．7 本文的主要工作内容

参考文献

第二章 实验生长设备和技术表征方法

2．1 分子束外延技术

2．2 薄膜的表征技术

2．2．1 反射高能电子衍射(RHEED)

2．2．2 X射线衍射(XRD)

2．2．3 同步辐射光源吸收谱(XAS)

2．2．4 原子力显微镜(AFM)

2．2．5 X射线光电子能谱(XPS)

2．2．6 透射谱(XL)

2．2．7 光致发光(PL)

2．2．8 扫描电子显微镜(SEM)

参考文献

第三章 在氧化镁(111)面上通过衬底预处理的方法来提高氧化锌薄膜单晶的质量

3．1 引言

3．2 氧化锌样品的制备与测试

3．3 RHEED图谱的分析

3．4 XRD衍射图谱的分析

3．5 透射谱的分析

3．6 AFM的结果

3．7 小结

参考文献

第四章 在氧化镁衬底上生长ZnO薄膜以及掺氮，掺镁的研究

4．1 引言

4．2 氧化锌薄膜，掺氮氧化锌薄膜，镁、氮共掺氧化锌薄膜的制备

4．2．1 薄膜样品的制备

4．3 结果分析

4．3．1 表面形貌的表征

4．3．2 XRD衍射图谱的分析

4．3．3 光电子能谱分析

4．4．本章总结

参考文献

第五章 总结与展望

硕士期间发表的论文

致谢