掺铝氧化锌薄膜的制备及其光电性能研究

摘要

氧化锌近年来备受关注，它是被发现的新一代的紫外激发发射以及发射激光器件。随着半导体器件在世界上的不断发展，两个至关重要的问题也相应出现，就是P型掺杂问题和带隙工程问题。ZnO激活层是双重异质结的光激发材料，与其有关的P型掺杂及p-n结器件最近这些年的研究已经有了很大进步。近期研究的重点是p-ZnO导电、ZnO基的p-n结合衬底。 制备铝掺杂氧化锌的方法大致为:磁控溅射法、分子束外延法、化学气相沉积法(CVD)、有机金属化学气相沉积法(MOCVD)、溶胶-凝胶法以及喷雾热解法等，超声喷雾热解法设备相对比较简单，前驱体溶液制备更加方便，参数比较易于调节，具备容易实现大面积镀膜和方便进行大规模工业化生产等优点。 醋酸锌水溶液作为本次实验的前驱体溶液，并以硝酸铝为Al源，利用超声喷雾热解法系统在石英衬底和硅片衬底上制备了纯ZnO薄膜和铝掺杂氧化锌薄膜。采用XRD（x射线衍射仪）、SEM（扫描电子显微镜）、PL（光致发光光谱）、紫外-可见光光谱仪和霍耳测试仪等测试方法，对氧化锌薄膜与铝掺杂氧化锌的结构和光电性能进行了测试，并根据测试结果对于在各种生长条件下，比如改变衬底温度、前驱物溶液浓度、沉积时间和退火条件等实验参数对ZnO薄膜结构和性能的影响进行了研究。 实验结果显示超声喷雾热解法制备的铝掺杂氧化锌薄膜具有较好的光电性能。由PL谱可知以硅片为衬底的薄膜具有很强的近带紫外发光峰。XRD测得数据显示以石英为衬底的薄膜有着明显的C轴择优取向。在不同温度与不同浓度条件下制备的掺铝氧化锌薄膜，体现出最佳温度是470度，nZn∶nAl=1∶0.04时为最佳浓度。通过霍尔测试结果得出，nZn∶nAl=1∶0.04时和衬底温度为480度时样品呈现p型导电性。

目录

声明

摘要

引言

1 绪论

1．1 半导体物理简介

1．2 半导体起源

1．3 半导体材料

1．3．1 氮化镓

1．3．2 三氧化二铝

1．3．3 碳化硅

1．3．4 氧化锌

1．4 半导体材料的分类

1．4．1 元素半导体材料

1．4．2 有机半导体材料

1．4．3 非晶半导体材料

1．4．4 化合物半导体材料

2 半导体材料ZnO

2．1 ZnO纳米材料的应用

2．1．1 ZnO纳米激光器

2．1．2 ZnO的传输特性

2．1．3 ZnO纳米传感器

2．1．4 纳米发电机

2．1．5 ZnO纳米阵列场发射阴极

2．2 ZnO薄膜的结构及基本性质

2．2．1 ZnO薄膜的结构

2．2．2 ZnO薄膜的基本性质

2．3 ZnO薄膜的应用

2．3．1 太阳能电池

2．3．2 表面声波器件

2．3．3 气敏压敏元件

2．4 ZnO薄膜的产业化前景

3 ZnO薄膜的制备方法与相关表征

3．1 ZnO薄膜的制备方法

3．1．1 磁控溅射法

3．1．2 脉冲激光沉积法

3．1．3 溶胶凝胶法

3．1．4 金属有机物气相沉积法

3．1．5 分子束外延法

3．1．6 原子层外延法

3．1．7 超声喷雾热解法

3．2 ZnO薄膜的表征方法

3．2．1 扫描电子显微镜

3．2．2 紫外分光光度计

3．2．3 光致发光光谱

3．2．4 X射线衍射

3．3 Al掺杂ZnO薄膜

3．3．1 ZAO的结构

3．3．2 ZAO的性质

3．3．3 ZAO的应用简介

3．3．4 ZAO的研究前景

3．4 制备ZAO实验

3．4．1 实验设备

3．4．2 实验材料

3．4．3 实验步骤

4 实验结果及分析

4．1 ZAO薄膜的光致发光谱分析

4．2 ZAO薄膜的紫外可见光吸收图谱分析

4．3 ZAO薄膜的表面形貌分析

4．4 ZAO薄膜的X射线衍射分析

4．5 ZAO薄膜的霍尔效应测试分析

总结

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢