P型NiO透明导电氧化物薄膜制备及其硅基二极管的研究

摘要

NiO是一种新型的宽禁带氧化物半导体，具有直接带隙能带结构，室温下的禁带宽度在3.6-4.0 eV之间。由于NiO特有的电子结构以及 p型导电等特点，它具有许多独特的性质，在透明导电薄膜、气敏、紫外探测等领域显示出其广阔的应用前景。关于 n型氧化物半导体材料的研究不断成熟，而 p型氧化物半导体材料还有待进一步探索。因此研究可操作性强、符合应用要求的 NiO薄膜的制备方法因此显得尤其重要。
　　本论文提出一种紫外线热氧化法制备NiO薄膜，通过对比不同氧化时间、紫外线光源、退火条件、掺杂对NiO薄膜的特性的影响，获得制备良好NiO薄膜的实验条件，应用此方法成功制备n-NiO/p-Si异质结器件。主要研究内容包括：
　　（1）NiO薄膜制备及实验条件的优化
　　紫外线热氧化制备NiO薄膜的流程主要分为两个部分：Ni膜的制备和Ni膜的氧化。在紫外线热氧化的过程中，不同实验条件制备的 NiO薄膜晶体质量、光学特性各有不同：氧化时间60 min时，样本拉曼峰值最高，薄膜电阻率最低；实验室有功率密度均为600 mW/cm2的金属卤化物紫外线灯和含臭氧水银外线灯作为光源，起到催化剂的作用加快氧化反应，拉曼散射光谱表明含臭氧水银灯的氧化效率较高；氧化完成后，在氮气氛围中退火30 min能有效减少晶格损伤，改善薄膜电阻率；掺杂Li会降低薄膜的光学透明性，X射线衍射图表明掺杂改变了薄膜的晶向特性。
　　（2）p-NiO/n-Si器件的制备与测试
　　为了测量异质结的电流电压，在NiO和Si衬底表面分别淀积金属作为电极，成功制备p-NiO/n-Si异质结器件。选择功函数较高的Pt金属作为NiO薄膜的接触电极，测得流经接触电极的电流与电压近似于欧姆接触。未经Li掺杂的NiO/Si二极管表现出良好的整流特性，Li掺杂后，二极管的反向泄漏电流更小。可见光照射对二极管I-V特性的影响体现在增大反偏电流，波长越长的光影响越明显。不同频率下二极管的1/C2与电压表现出良好的线性关系。

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第一章 绪 论

1.1 研究工作的背景与意义

1.2 NiO的性质及应用

1.3 p型透明导电氧化物薄膜的研究现状

1.4 p型NiO透明导电氧化物薄膜的研究现状

1.5 本论文的主要内容

第二章 薄膜的制备与表征方法

2.1 脉冲激光沉积

2.2 磁控溅射

2.3 金属有机物化学气相沉积法

2.4 电子束蒸发淀积

2.5 薄膜性能测试及表征

2.6 本章小结

第三章 氧化镍薄膜的制备

3.1 Ni薄膜的制备

3.2 Ni薄膜的UV氧化

3.3 氧化时间对NiO薄膜特性的影响

3.4 紫外线光源对NiO薄膜特性的影响

3.5 退火条件对NiO薄膜特性的影响

3.6 Li掺杂对NiO薄膜特性的影响

3.7 本章小结

第四章 NiO/Si异质结器件的制备与研究

4.1 NiO/Si异质结器件结构

4.2 NiO/Si异质结器件制备

4.3 NiO/Si异质结器件的欧姆接触特性

4.4 四探针法测试

4.5 NiO/Si异质结器件的I-V特性

4.6 NiO/Si异质结器件的C-V特性

4.7 本章小结

第五章 结 论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间取得的研究成果