化学气相法生长ZnO晶体的研究

摘要

ZnO是继GaN之后又一重要的直接宽带隙半导体材料，在蓝紫发光和自旋器件（掺入磁性离子）方面具有巨大的应用潜力。
　　本文采用化学气相法(CV)合成了纯ZnO晶体和掺杂过渡族金属离子（Mn、Co、Fe）的ZnO晶体。采用热释光谱和微波吸收介电谱对其电子陷阱及其光电子衰减过程进行了系统的研究。
　　采用化学气相法可以合成出具有较好晶体形态的ZnO微晶。热释光和微波吸收介电谱测量表明晶体仍存在缺陷，并由此形成一定量的施主能级；这些施主能级起电子陷阱的作用，束缚了导带电子，使导带电子寿命延长。
　　采用化学气相法可以合成掺杂过渡族金属离子（Mn、Co、Fe）的ZnO晶体。过渡族金属元素掺杂会影响到导带电子瞬态过程和缺陷能级结构。
　　少量Mn掺杂会明显降低光生电子密度（微波介电强度），说明低量Mn掺杂具有抑制浅电子陷阱生成的作用；但当Mn掺杂量提高时，随Mn浓度提高，光生电子密度增加，说明过量Mn掺杂使晶体缺陷能级密度增加，形成了更多的电子陷阱。
　　Co掺杂同样会大大降低光生电子密度（微波介电强度）和热释光强度，而且随Co掺杂浓度提高，光生电子密度没有增加，这一点完全不同于Mn掺杂，高浓度Co掺杂没有使缺陷能级密度增加。
　　Fe掺杂的ZnO完全不同于Mn、Co掺杂，其光生电子密度没有因掺杂出现明显的降低，即缺陷能级密度没有降低，这可能和掺入ZnO所呈现的价态有关，一般认为Fe为三价态，在ZnO中形成施主能级。
　　研究证实采用化学气相法可以合成出掺杂过渡族金属离子的ZnO稀磁半导体晶体。这对进一步制备 ZnO基稀磁半导体，深入了解磁性金属离子掺杂对缺陷能级和电子输运过程的影响具有一定的意义。

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ABSTRACT

第1章 绪论

1.1 ZNO 研究现状和进展

1.2 ZNO 材料的用途

1.3 本文主要研究内容及创新点

第2章 ZNO 晶体的基本性质和制备方法

2.1 ZNO 晶体的基本性质

2.2 ZNO 晶体的制备方法

第3章 测量原理和测量装置

3.1 半导体材料微波吸收介电谱检测原理和测量装置

3.1.1 半导体材料微波吸收介电谱检测原理

3.1.2 测量装置

3.2 热释光谱测量原理和测量装置

3.2.1 热释光测量原理

3.2.2 测量装置和测量方法

第4章 化学气相法(CV)制备ZNO 晶体及其光电子瞬态过程

4.1 样品制备

4.2 ZNO 材料中电子陷阱能级对光电子时间分辨谱的影响

4.2.1 样品热释光特性

4.2.2 样品光电子瞬态过程特性

4.3 本章结论

第5章 掺入过渡族金属(MN、CO、FE)ZNO 晶体的光电子瞬态过程

5.1 样品制备

5.2 MN 掺杂对ZNO:MN材料中光电子时间分辨谱的影响

5.2.1 样品热释光特性

5.2.2 样品光电子瞬态过程特性

5.2.3 本节结论

5.3 CO 掺杂对ZNO:CO材料中光电子时间分辨谱的影响

5.3.1 样品热释光特性

5.3.2 样品光电子瞬态过程特性

5.3.3 本节结论

5.4 FE 掺杂对ZNO:FE材料中光电子时间分辨谱的影响

5.4.1 样品热释光特性

5.4.2 样品光电子瞬态过程特性

5.4.3 本节结论

5.5 ZNO 掺杂前后的性能比较

5.5.1 样品热释光特性比较

5.5.2 样品光电子瞬态过程特性

5.6 本章结论

第6章 结论

参考文献

致谢