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ZnO薄膜和ZnO紫外探测器

作　者: 陈汉鸿
导　师: 叶志镇
学　校: 浙江大学
专　业: 半导体材料
关键词: ZnO薄膜紫外探测器直流反应磁控溅射生长温度透明导电电极声表面波器件光响应能量转换效率体声波器件国家重点实验室
分类号: O484
类　型: 硕士论文
年　份: 2002年
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内容摘要

ZnO是一种多用途的材料。传统上，ZnO薄膜被广泛应用于声表面波器件，体声波器件、气敏传感器、压敏电阻、透明导电电极等。近年来，ZnO作为宽带半导体材料的的研究越来越受到们的重视。ZnO薄膜的生长温度一般低于700℃，比GaN（生长温度1050℃）要低得多；ZnO薄膜在室温下光致发光和受激辐射有较低的阈值功率和很高的能量转换效率；ZnO有较高的激子复合能（60meV），激子在室温下仍然不会分解，理论上有可能实现室温下较强的紫外受激发射，制备出较好性能的探测器、LED和LD等光电子器件。浙江大学硅材料国家重点实验室是国内最早从事ZnO薄膜研究的课题组之一，在叶志镇教授的带领下，我们用反应磁控溅射法制备出高度C轴择优取向的ZnO薄膜，对ZnO薄膜的纳米柱状结构作了深入研究，并在国内首次报道了用磁控溅射方法在硅衬底生长的ZnO薄膜在室温下的荧光发射，对ZnO薄膜的研究处于国内领先水平。本文较全面了阐述了ZnO薄膜的各种生长技术及其原理，并概括了薄膜研究的最新进展。用直流反应磁控溅射的方法生长了高度C轴择优取向的ZnO薄膜，用X射线衍射（XRD）、透射电镜（TEM）、原子力显微镜（AFM）、扩展电阻仪（SRP）、吸收光谱、Hall测试仪等方法对ZnO薄膜的结构和性能进行了表征。系统地概括了各生长条件如衬底温度、溅射功率、溅射气氛和溅射压强等参数对ZnO薄膜的影响。本文还研究了高温退火对ZnO薄膜的表面形貌、内应力和缺陷的影响，并对其内在的机理进行了探讨。在溅射气氛中引入NH₃，成功地制备了p型的ZnO薄膜和ZnO同质PN结，并探讨了MH₃对薄膜的电学和光学性能的影响。作为ZnO薄膜在实际应用方面的尝试，我们用PLD方法在硅衬底上生长高质量的ZnO薄膜，在薄膜上制备了MSM光导型紫外探测器，并对探测器的伏安特性和光响应进行了测试。实验发现，金属Al与ZnO能形成很好的欧姆接触，探测器在5V的偏压下有明显的紫外光响应，在紫外光波长的响应度为0.5A/W。

全文目录

第一章文献综述  7-24
  1．1 引言  7-8
  1．2 ZnO的性质  8-15
    1．21 ZnO的优缺点  8-9
    1．22 ZnO薄膜的晶体结构  9-10
    1．23 ZnO薄膜的光学和电学性能  10-12
    1．24 ZnO薄膜的掺杂  12-15
  1．3 ZnO薄膜的制备技术  15-24
    1．31 磁控溅射  15-16
    1．32 离子束溅射和电子束蒸发  16-17
    1．33 脉冲激光沉积（PLD）  17-18
    1．34 金属有机化学气相沉积（MOCVD）  18-19
    1．35 分子束外延（MBE）技术  19-24
第二章直流反应磁控溅射原理  24-30
  2．1 辉光放电原理  24-25
  2．2 溅射粒子的能量  25-27
  2．3 磁控溅射原理  27-29
  2．4 反应磁控溅射  29-30
第三章反应磁控溅射制备氧化锌薄膜  30-33
  3．1 S—Gun直流反应磁控溅射系统  30-31
  3．2 ZnO薄膜的衬底清洗  31-32
  3．3 ZnO薄膜的生长条件  32-33
第四章氧化锌薄膜的性能测试  33-49
  4．1 生长条件对ZnO薄膜结晶质量的影响  33-39
    4．11 衬底温度对ZnO薄膜的影响  33-36
    4．12 溅射功率对ZnO薄膜晶体质量的影响  36-39
  4．2 NH_3/O_2溅射对ZnO薄膜的影响  39-45
  4．3 ZnO薄膜的表面性质  45-46
  4．4 ZnO薄膜的柱状结构  46-49
第五章退火对氧化锌薄膜的影响  49-58
  5．1 退火对ZnO薄膜晶格应力的影响  49-56
  5．2 退火对ZnO薄膜电学性能的影响  56-58
第六章氧化锌/金属欧姆接触和氧化锌紫外探测器  58-66
  6．1 探测器的原理  58-60
  6．2 ZnO/Al欧姆接触和紫外探测器  60-66
结论  66-68

ZnO薄膜和ZnO紫外探测器

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