宽带隙半导体（ZnO，SiC）材料的制备及其光电性能研究

摘要

在半导体材料的发展中，一般将Si，Ge称为第一代电子材料，GaAs，InP，GaP,InAs，AlAs等称为第二代电予材料，而将宽带隙高温半导体ZnO，SiC，GaN，AlN，金刚石等称为第三代半导体材料。随着科学技术的发展，对能在极端条件(如高温、高频、大功率、强辐射)下工作的电子器件的需求越来越迫切。常规半导体如Si，GaAs等已面临严峻挑战，故发展宽带隙半导体(E<,g>>2.3 eV)材料已成为当务之急。 在本论文中，我们主要讨论了宽带隙半导体材料ZnO、SiC的制备及其光电性能的研究。 对于ZnO纳米材料，我们采用热蒸发法制备。 我们发展了制备ZnO纳米柱阵列的热蒸发法。实验不需要引入催化剂，也不需要预先沉积ZnO层，用廉价的硅衬底代替昂贵的蓝宝石衬底，在常压下得到了结晶质量好的样品。我们在较低生长温度(550℃)下，获得了结晶质量好的，高度定向的ZnO纳米柱阵列，而且，我们研究了物性和讨论了生长机制。 分别在550 ℃，600 ℃和650℃下。采用热蒸发法，合成了ZnO：Li纳米线，发现在600℃下合成的样品的紫外发光峰是550℃下合成的样品的十几倍，我们把这种现象归结于Li的掺杂引入了受主，受主浓度的增大让激忆浓度变大。最后作出它的气敏器件。 在680℃时，采用不同源不同温度的方法，合成了ZnO：Al纳米线。发现它的紫外发光峰有蓝移现象，我们把这种现象归结于著名的B-M(Burstain-Moss)效应。 对于ZnO薄膜材料，我们采用了PLD(脉冲激光沉积)法制备。 采用Si衬底上制备ZnO薄膜的过程中，克服Si衬底与ZnO薄膜之间高达40％的晶格失配，减少由此产生的缺陷，在400℃下沉积得到较高质量的ZnO薄膜，在此基础上，研究ZnO/p-Si薄膜光电性能。 我们采用SiC做衬底，外延生长高质量的ZnO薄膜。 在400℃下沉积得到较高质量的ZnO：Ag薄膜，得到较稳定的p型特性。Ag掺入ZnO时，Ag占据Zn态，形成Ag<,Zn>受主。并讨论了Ag在ZnO中的存在的形态。对于SiC薄膜材料，我们采用TPLD(脉冲激光沉积)法制备。 在C气氛下，于800-1200℃退火处理2小时。通过XRD，红外和XPS等一系列的测试手段表明，在1200℃退火，能很好抑制SiC的氧化和C的逃逸。得到很好结晶质量的SiC和较好的化学剂量比的。

目录

文摘

英文文摘

声明

引言

第一章宽带隙ZnO材料综述

1.1 ZnO的晶体结构

1.2 ZnO的物理特性

1.3 ZnO薄膜的制备方法

1.3.1化学气相淀积技术

1.3.2分子束外延(MBE)

1.3.3溅射(Sputtering)

1.3.4脉冲激光沉积(PLD)

1.3.5喷射热分解技术(Spray Pyrolysis)

1.3.6溶胶-凝胶法(Sol-gel)

1.4纳米材料和技术的概况

1.4.1纳米材料的概念

1.4.2纳米材料的基本物理效应

1.5 ZnO纳米材料的制备

1.6 ZnO的器件应用

1.7近来的ZnO的研究热点

1.7.1 p型ZnO薄膜的研究

1.7.2 ZnO纳米的研究

参考文献

第二章热蒸发法生长ZnO、Li：ZnO和Al：ZnO纳米棒

2.1 ZnO纳米线制备

2.1.1实验仪器

2.1.2衬底准备

2.1.3具体实验步骤

2.1.4 ZnO纳米棒样品的表征

2.1.5结果和讨论

2.2 ZnO：Li纳米线

2.2.1实验仪器

2.2.2衬底准备

2.2.3具体实验步骤

2.2.4结果和讨论

2.3 ZnO：Al纳米线

2.2.1实验仪器

2.2.2衬底准备

2.2.3.具体实验步骤

2.2.4结果分析

2.4本章小结

附录

参考文献

第三章PLD生长ZnO和ZnO：Ag薄膜

3.1 ZnO/p-Si薄膜

3.1.1 ZnO/p-Si薄膜生长条件的优化

3.1.2 ZnO/p-Si的异质结的研究

3.2 ZnO/SiC薄膜

3.2.1常规XRD结果

3.2.2同步辐射掠入射X射线衍射和反射研究

3.3 ZnO：Ag/n-Si(111)薄膜

3.4讨论

3.5本章小结

附录

参考文献

第四章宽带隙SiC半导体材料综述

4.1 SiC的结构和多型性

4.2 SiC材料的制备

4.2.1薄膜生长

4.2.2晶体生长

4.3 SiC器件研究

参考文献

第5章脉冲激光淀积(PLD)制备SiC薄膜

5.1薄膜制备的工艺流程

5.2薄膜制备的表征与分析

5.3本章小结

附录

参考文献

致谢

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