锑掺杂ZnO纳米线和p-ZnO薄膜/n-Si异质结器件的制备及特性研究

摘要

ZnO是一种宽禁带Ⅱ-Ⅵ族半导体材料，在室温下的禁带宽度为3.37eV，激子束缚能高达60meV。因此，ZnO材料在制备电子器件及光电子器件等方面都有着很好的应用价值。目前关于ZnO发光器件的制备已经成为了国内外的研究热点，本文通过简单的化学气相沉积方法制备出了不同Sb掺杂含量的ZnO纳米线和p-ZnO薄膜/n-Si异质结发光器件并对其表面形貌、晶体结构和光学等特性进行了研究。取得的结果如下：
　　 (1)利用简单的化学气相沉积方法，在Si(111)衬底上制备出不同Sb含量的ZnO纳米线。通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)以及低温光致发光(PL)对样品的表面形貌、晶体结构和光学特性进行了表征，发现随着Sb掺杂量的增加，ZnO纳米线的取向性和晶体质量逐渐变差。在能量色散谱(EDS)中还观测到了Sb元素的存在，并且发现随着Sb掺杂量的增加，样品中Sb元素的摩尔百分含量也相继增加。此外，在低温光致发光(PL)光谱中还观测到了与Sb掺杂相关的中性受主束缚激子发光峰(A0X)、自由电子到受主能级跃迁的发光峰(FA)和施主-受主对(DAP)等发光峰的存在，说明Sb元素作为受主掺杂已经进入ZnO晶格。
　　 (2)利用简单的化学气相沉积方法在，Si(111)衬底上制备出Sb掺杂p-ZnO薄膜，并在此基础上制备出了p-ZnO/n-Si异质结LED。对制备的Sb掺杂ZnO薄膜在800℃下进行了热退火处理，发现退火后样品的晶体质量和电学特性有了明显的改善，退火后样品呈现的电导类型为P型，载流子浓度为8.94×1016。在低温PL光谱中我们观测到了与Sb相关的受主发光峰。通过对制备的p-ZnO/n-Si异质结发光器件光电特性的研究，表明该器件具有良好的整流特性，正向开启电压为4.2V，反向击穿电压为8.5V。在正向45mA的注入电流条件下，器件实现了室温下的电致发光。这个结果证实了ZnO薄膜的发光器件也可以通过简单的化学气相沉积方法实现。

目录

文摘

英文文摘

1 引言

1.1 ZnO材料的基本特性

1.1.1 ZnO的晶体结构

1.1.2 ZnO的能带结构

1.1.3 ZnO的光学性质

1.1.4 ZnO的电学性质

1.1.5 ZnO的气敏性质

1.2 ZnO纳米材料及器件的研究进展

1.2.1 ZnO纳米材料的研究进展

1.2.2 ZnO发光器件的研究进展

1.3 ZnO材料研究中存在的问题

1.4 本文研究的主要内容

2 ZnO材料的制备方法及表征手段

2.1 ZnO材料的制备方法

2.1.1 气相运输

2.1.2 溶胶-凝胶法

2.1.3 分子束外延(MBE)

2.1.4 金属有机化学气相沉积(MOCVD)

2.2 相关表征手段

2.2.1 X射线衍射谱(XRD)

2.2.2 扫描电子显微镜(SEM)

2.2.3 透射电子显微镜(TEM)

2.2.4 光致发光谱(PL)

2.2.5 能量色散X射线光谱(EDS)

2.2.6 霍尔效应(Hall)

3 不同Sb掺杂量ZnO纳米线的制备和研究

3.1 引言

3.2 样品的制备

3.3 结果与分析

3.3.1 表面形貌的研究

3.3.2 能量色散谱分析

3.3.3 晶体结构的分析

3.3.4 不同Sb含量ZnO纳米线光学特性的研究

3.4 本章小结

4 p-ZnO薄膜/n-Si异质结发光器件的制备和研究

4.1 引言

4.2 异质结发光器件的制备

4.2.1 p型ZnO薄膜的制备

4.2.2 发光器件的制备

4.3 材料的结构特性

4.3.1 样品的表面形貌

4.3.2 样品的晶体结构分析

4.4 p-ZnO薄膜的电学特性

4.5 Sb掺杂ZnO薄膜的光学特性

4.6 样品的I-V特性

4.7 器件的电致发光特性

4.8 小结

结论

参考文献

硕士期间发表的论文

致谢