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半導體材料氧化鋅的制備與性能


氧化鋅是典型的第三代半導體材料,兼具3.37eV的禁帶寬度和60meV的激子束縛能,屬于II-VI族半導體。由于氧化鋅具備獨特的壓電、電學、光學記憶性能,所以氧化鋅在傳感器、導電記憶元件、激光系統等中具有廣闊的應用范圍。目前,有效提高氧化鋅薄膜光電性能的方法就是鋰摻雜。

借助磁控濺射法制備鋰摻雜的氧化鋅薄膜,并對其光學性能、電學性能進行研究。所制備出的鋰摻雜氧化鋅薄膜均呈現六角纖鋅礦結構,并有著良好的c軸取向。在可見光波段中,鋰摻雜氧化鋅薄膜具有良好的透光率,而紫外吸收邊陡峭。光致發光譜結果表明:鋰摻雜氧化鋅在390nm408nm434nm465nm處出現受激發射。鋰摻雜氧化鋅薄膜之所以被稱為n型半導體,是因為鋰進入晶格后,會形成Lizn-Lii復合施主。

其次,研究發現提高生長溫度及退火溫度,對于提高薄膜的結晶性有著積極性影響。由于高溫條件下的Lizn-Lii復合施主會轉換為Lizn受主,所以鋰摻雜氧化鋅薄膜的載流子濃度會隨著生長溫度或退火溫度的上升而減小。而高溫還會對原子之間的軌道雜化和缺陷性能造成影響。因此,光致發光強度會隨著生長溫度和退火溫度的升高而減小。

研究還發現,當氬氧比為10:1時,鋰摻雜氧化鋅薄膜的結晶性達到最好狀態。此外,鋰摻雜氧化鋅薄膜的禁帶寬度和氧氣的含量成反比。同時,當氬氧比為10:1時,鋰摻雜氧化鋅薄膜的載流子濃度最小。說明可以最大限度形成受主能級并減少施主能級的生長氛圍是當氬氧比為10:1時。



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