宽带隙半导体SiC和ZnO的光电性质及掺杂研究

摘要

SiC和ZnO属于第三代宽禁带半导体材料，它们都有很多优良的性能，所以一直都是人们研究的热点。
　　 SiC是一种典型的宽禁带半导体材料，迁移率很高、热稳定性和化学稳定性比较优良，在一些特殊的电子器件制造方面有非常大的应用潜力，比如高频、大功率、耐高温、抗辐射等。然而，SiC材料单晶片价格昂贵，目前国内虽已有了SiC单晶材料生长的相关报道，但其质量不好，高质量的SiC单晶片还需要进口，并且进口的单晶片还只是小尺寸的，大面积单晶片依然难以制备。这样的现状促使人们探讨在一些廉价衬底上生长SiC薄膜的方法，比如硅基片。一方面由于目前硅工艺比较成熟，可以买到很廉价的大面积的高纯硅基片，另一方面，在Si衬底上生长SiC薄膜，可以使我们的SiC制备与目前世界上已经比较成熟的Si工艺相结合，制备出相应的Si基器件，以适应大规模集成电路的需要。
　　 ZnO是一种Ⅱ-Ⅵ族的半导体材料，在室温下有着3.37 eV的禁带宽度(直接带隙)，激子结合能高达60 meV，因而受到了广泛关注，人们普遍认为它有望取代GaN而作为新一代短波长光电子材料的领军者。随着ZnO半导体材料的性质和制备工艺的研究不断的进展，基于ZnO的器件，特别是其光电子方面的器件研究取得了巨大进展，但目前来说还未达到实用化水平，其发展已到了瓶颈阶段，因而需要对ZnO材料的一些最基本的问题进行深入研究，比如说ZnO中的掺杂和缺陷，ZnO的生长设备改进，高质量的p型ZnO制备等等。另一方面，可以寻找其它p型衬底，来异质外延n型ZnO薄膜，制造异质pn结，并且研究其电致发光，也引起了人们的广泛关注。
　　 围绕上述背景，本论文分为五章，主要内容概括如下：
　　 第一章，简单介绍了SiC和ZnO的基本性质，包括结构，力学性质，热学性质，光电性质，介绍了它们的常用制备方法和表征手段，以及它们的广泛应用前景。
　　 第二章，具体介绍了我们实验组自行设计的，联通式双反应室的MOCVD设备。
　　 第三章，用MOCVD设备在硅衬底上制备了高质量的SiC掺Al薄膜，研究了Al在SiC薄膜中的掺杂机制，研究了SiC掺Al薄膜的导电类型调控。
　　 第四章，利用磁控溅射方法，在6H-SiC单晶片上外延掺Sb的ZnO薄膜，同时生长纯的ZnO薄膜作为对比，研究Sb掺杂对于ZnO薄膜的缺陷和光学性质的影响。
　　 第五章，总结和展望。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1 SiC材料的简单介绍

1.1.1 SiC材料的基本性质

1.1.2 SiC晶体的结构性质

1.1.3 SiC的物理和化学性质

1.1.4 SiC材料的制备

1.1.5 SiC材料的掺杂

1.1.6 SiC薄膜的生长及缺陷

1.1.7 SiC的人为导电类型控制掺杂

1.1.8 SiC的器件工艺及其应用

1.2 ZnO材料概述和基本性质

1.2.1 ZnO的晶体结构

1.2.2 ZnO晶体的电学性质和能带结构

1.2.3 ZnO的光学性质

1.2.4 ZnO薄膜的生长、掺杂及研究现状

1.3固体中的缺陷

1.3.1.缺陷分类

1.3.2.缺陷的作用

1.4薄膜的制备技术和表征手段

1.4.1薄膜的制备技术

1.4.2针对薄膜样品的表征手段

参考文献

第二章连通式双反应室MOCVD设备

2.1引言

2.2联通式、双反应式MOCVD系统介绍

2.3本章小结

参考文献

第三章MOCVD制备SiC：AI/Si薄膜的导电类型调控研究

3.1引言

3.2 SiC/Si异质外延生长和竞位外延掺杂理论

3.2.1 SiC/Si薄膜的生长简介

3.2.2 Si衬底上外延SiC薄膜的动力学理论分析

3.2.3 Si衬底上生长SiC薄膜的化学机理分析

3.2.4“竞位外延”掺杂理论

3.3样品制备

3.4试验结果及分析

3.4.1样品的导电类型测量结果

3.4.2样品的XPS测试结果

3.4.3样品的XRD测试结果

3.4.4样品的SEM测试结果

3.4.5样品的霍尔测试结果

3.5本章小结

参考文献

第四章Sb掺杂ZnO薄膜的缺陷和光学性质研究

4.1引言

4.2实验设备介绍

4.3样品制备

4.3实验结果及分析

4.3.1样品的XRD测试结果

4.3.2样品的XPS测试结果

4.3.3样品的低温光致发光(PL)分析

4.4本章小结

参考文献

第五章总结和展望

致谢

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