国产日韩欧美一区二区三区三州_亚洲少妇熟女av_久久久久亚洲av国产精品_波多野结衣网站一区二区_亚洲欧美色片在线91_国产亚洲精品精品国产优播av_日本一区二区三区波多野结衣 _久久国产av不卡

?

ZnO薄膜p型摻雜的研究進(jìn)展

2015-04-23 10:57肖立娟
新材料產(chǎn)業(yè) 2015年12期
關(guān)鍵詞:電阻率雜質(zhì)薄膜

肖立娟

作為第3代新型寬禁帶Ⅱ-Ⅵ化合物短波長(zhǎng)半導(dǎo)體材料的氧化鋅(ZnO),具有3.37eV的禁帶寬度和較小的波爾半徑(1.8nm)以及高達(dá)60meV的激子束縛能,可以使ZnO在室溫下實(shí)現(xiàn)有效的激子發(fā)射,在制備藍(lán)光或紫外光等光電器件上比氮化鎵(GaN)更有優(yōu)勢(shì),展現(xiàn)出更廣闊的應(yīng)用前景[1]。ZnO具有極高的c軸擇優(yōu)取向,本征ZnO具有極的高電阻,使它具有良好的壓電常數(shù)與機(jī)電耦合系數(shù),可應(yīng)用于壓電、聲光等器件[2,3]。與其他半導(dǎo)體材料相比,ZnO具有無毒、原料易得、價(jià)格低廉等優(yōu)勢(shì),因此受到國(guó)內(nèi)外的廣泛關(guān)注。為了使ZnO能達(dá)到到實(shí)際應(yīng)用的要求,需要制備高質(zhì)量ZnO的p-n結(jié)。尤其是高質(zhì)量的n型和p型的ZnO單晶薄膜。

目前n型ZnO單晶薄膜的制備已經(jīng)十分成熟,因?yàn)椋孩俦菊餮趸\薄膜中存在著大量的施主和受主缺陷,并且施主缺陷占主要,所以通過自補(bǔ)償作用后本征ZnO薄膜呈n型[4];②ZnO為離子晶體,在ZnO中,鋅的負(fù)電性為1.65,氧的負(fù)電性為3.44,二者之差為1.79,它結(jié)晶的難易程度取決于馬德?。∕adelung)能量的大小,進(jìn)行n型摻雜時(shí)Madelung能降低所以容易進(jìn)行,p型摻雜時(shí)Madelung能升高因此p型摻雜比較困難[5,6],這體現(xiàn)在受主雜質(zhì)在ZnO中的固溶度比較低;③對(duì)于摻雜的ZnO,施主能級(jí)較淺,受主能及較深,因此可以形成良好的n型摻雜而不能形成有效的p型摻雜。

綜上所述,p型ZnO制備的困難嚴(yán)重限制了ZnO在實(shí)際中的應(yīng)用,如何制備出高結(jié)晶度、高電子遷移率、低電阻率、性能穩(wěn)定的高品質(zhì)p型ZnO薄膜成為了亟待攻克的難關(guān)。本文就p型ZnO薄膜的研究現(xiàn)狀進(jìn)行匯總并加以比較,希望能為研究人員提供制膜的新思路。

一、p型薄膜的制備方法

ZnO薄膜的制備方法多種多樣,幾乎所有的制膜技術(shù)都可以用來制作p型ZnO薄膜,如脈沖激光沉積法(PLD)、金屬有機(jī)化學(xué)氣象沉積法(MOCVD)、分子束外延法(MBE)、噴霧熱解法(Spray-Pyrolysis)、磁控濺射法(MS)等。

用PLD法制膜其生長(zhǎng)參數(shù)獨(dú)立可調(diào),能精確控制化學(xué)計(jì)量比,容易實(shí)現(xiàn)超薄薄膜的制備和多層薄膜的生長(zhǎng),并且薄膜的結(jié)晶性能良好。缺點(diǎn)是熔蒸“羽輝”具有很強(qiáng)的定向性,因而形成均勻厚度膜的范圍很窄。

MOCVD法可制備大面積的均勻薄膜,通過調(diào)整原材料組分進(jìn)而控制薄膜成分,并且成本相對(duì)較低,因此具有一定的工業(yè)應(yīng)用前景。不足之處在于對(duì)襯底的溫度要求較高,如控制不好會(huì)影響ZnO薄膜的結(jié)構(gòu)。

MBE法制膜容易控制摻雜組分,并且原子層上生長(zhǎng)所制薄膜純度高、結(jié)晶性好、氧缺陷密度低、具有很好的紫外輻射特性。缺點(diǎn)在于維持超真空所需費(fèi)用高,生長(zhǎng)速率低。

Spray-Pyrolysis法制膜易于摻雜,可直接加入摻雜元素的鹽溶液進(jìn)行鍍膜,并且此方法在常壓下進(jìn)行,可減少真空環(huán)境下生長(zhǎng)的ZnO薄膜中的氧空位,此外這種方法設(shè)備與工藝簡(jiǎn)單有望實(shí)現(xiàn)規(guī)?;a(chǎn)。

MS法是目前應(yīng)用最多最成熟的制膜方法,其原理是電子在電場(chǎng)中加速與氣氛中的氬原子發(fā)生碰撞,使其電離,離化后的氬離子飛向陰極靶,并以高能轟擊靶面,使靶材發(fā)生濺射,濺射出來的靶材原子沉積在基片上形成薄膜。根據(jù)濺射源的不同分為直流、射頻和中頻磁控濺射。MS法具有沉積速率高、沉積溫度低、維持放電的靶電壓低、電子對(duì)襯底的轟擊能量小、過程易于控制和適合與大面積薄膜的制備等許多優(yōu)點(diǎn)。其不足之處在于靶材在濺射過程中容易發(fā)生靶中毒現(xiàn)象,并且很難制備出ZnO單晶薄膜。

二、p型ZnO薄膜的摻雜

研究人員已經(jīng)通過摻雜I族元素取代鋅(Zn)以及摻雜V族元素取代氧(O)制備出了p型ZnO薄膜,但薄膜的性質(zhì)不理想,無法同時(shí)滿足高空穴濃度、高載流子遷移率、低電阻率、高穩(wěn)定性等。后來人們發(fā)現(xiàn)通過施主受主共摻雜的方法所制備出的薄膜在各方面性質(zhì)均有所改善,這種方法最初由Yamamoto T[7,8]等人提出,通過他們對(duì)ZnO電子能帶結(jié)構(gòu)的理論計(jì)算表明,采用施主和受主共摻的方法可以促進(jìn)p型摻雜的進(jìn)行。n型摻雜〔鋁(Al)、鎵(Ga)、銦(In)〕可使Madelung能降低,p型摻雜〔(氮(N)、磷(P)、砷(As)〕可使Madelung能升高。施主和受主的共摻形成了受主-施主-受主復(fù)合體,使原來受主-受主間的斥力變?yōu)槭苤?施主間的引力,從而增加了施主雜質(zhì)的摻雜濃度。后來這種方法被國(guó)內(nèi)外該領(lǐng)域的研究人員廣泛應(yīng)用與完善,目前已經(jīng)成為制作p型ZnO薄膜的主要方法。另外,一些研究人員通過雙受主共摻法也制備出了p型導(dǎo)電的ZnO薄膜[9]。

1.I族元素的摻雜

IA族元素〔鉀(Li)、鋰(Na)、鈉(K)〕在摻入ZnO時(shí)除了會(huì)形成替位式雜質(zhì)還會(huì)形成間隙式雜質(zhì),而間隙雜質(zhì)通常呈施主型,會(huì)對(duì)替位雜質(zhì)的受主作用產(chǎn)生一定的補(bǔ)償,這也是用IA族元素?fù)诫s難以制備p型ZnO薄膜的原因?;诿芏确汉碚撚?jì)算出Li、Na、K的受主電離能分別為0.11eV、0.16eV和0.29eV。從電離能的角度來看K的比較大,要使K電離需要吸收更大的能量,因此不適合用作施主摻雜,同時(shí)K的離子半徑大,摻入ZnO時(shí)會(huì)伴隨著氧空位Vo的生成,會(huì)對(duì)受主產(chǎn)生補(bǔ)償作用,限制了K作為受主摻雜源的應(yīng)用。用LiZn、NaZn、KZn表示替位式雜質(zhì),用Lii、Nai、Ki表示間隙式雜質(zhì)。表1列出了Li、Na、K元素的缺陷形成能,通過表中數(shù)據(jù)可以看出,在替位雜質(zhì)的形成能中LiZn的最大,NaZn和KZn相差不多,這表明Na跟K相對(duì)于Li而言更容易形成受主。而在間隙雜質(zhì)的形成能中Lii最小,因而最容易形成間隙雜質(zhì)。間隙雜質(zhì)所產(chǎn)生的施主作用會(huì)補(bǔ)償替位雜質(zhì)的受主作用,此處也不適合作為p型ZnO薄膜的摻雜源。綜合考慮,Na元素是IA族里理想的摻雜源。

浙江大學(xué)楊麗麗[10]通過采用NaxZn1-x合金靶材,利用直流反映磁控濺射技術(shù)制得了一系列Na摻雜ZnO薄膜,并通過XRD、Hall、SEM及透射譜等方法測(cè)試薄膜性能,研究了襯底溫度、靶材中Na含量以及氬氧比氣對(duì)薄膜性能的影響,并最終在靶材 Na含量為0.3%(原子數(shù)百分含量),氬氧比為2∶1,襯底溫度為550℃的條件下制得了電阻率ρ=59.9Ω·cm,載流子濃度np=2.57×1017cm3,遷移率μ=4.06cm2/Vs的p型ZnO薄膜。浙江大學(xué)的韓瑋智[11]采用同樣的方法,在Na含量為0.2%(原子數(shù)百分含量),襯底溫度為500℃的條件下制備出了載流子濃度np=1.07×1018/cm3,遷移率μ=2.12cm2/Vs,電阻率ρ=13.8Ω·cm的p型ZnO薄膜。結(jié)果表明利用Na摻雜獲得了p型ZnO薄膜,并且引入Na后并沒有降低薄膜的結(jié)晶質(zhì)量,Na占據(jù)Zn的位置表現(xiàn)為受主。

雖然用Li和K摻雜制備p型ZnO的難度很大,人們還是取得了一些進(jìn)展,Zeng等人[12]以Li-Zn合金靶為靶材,通過反映磁控濺射法在氬氣(Ar)-氧氣(O2)氣氛下制備出了p型ZnO薄膜。在Li含量為0.1%(原子數(shù)百分含量),襯底溫度為510℃時(shí)得到了電阻率ρ=17.6Ω·cm,載流子濃度np=1.01×1017/ cm3,遷移率μ=3.47cm2/Vs的p型ZnO薄膜。武軍等人[13]以摻入1%氧化鉀(K2O)的ZnO陶瓷靶為靶材,采用射頻磁控濺射技術(shù)在單晶硅(111)面上成功生長(zhǎng)出了p型ZnO薄膜,并對(duì)其結(jié)構(gòu)和電學(xué)特性進(jìn)行研究,最后在襯底溫度為500℃,氧分壓為30%時(shí)得到了表面粗糙度僅為89.05nm,載流子濃度np=5.45×1017/cm3,遷移率μ=1.96cm2/Vs,電阻率ρ=5.91Ω·cm的p型ZnO薄膜。由此可見,通過選用匹配度較高的襯底,在一定條件下,也能使Li、K替代Zn的位置成為受主,但是Li原子由于半徑較小,還會(huì)形成間隙雜質(zhì)而起到施主作用,所以載流子濃度普遍偏低。

西北工業(yè)大學(xué)的張立學(xué)等[14]制備了不同比例的堿金屬摻雜ZnO靶材,利用磁控濺射法在Si(111)基片上制備不同溫度下生長(zhǎng)的c軸擇優(yōu)取向的ZnO薄膜,并研究了摻雜元素和摻雜比例對(duì)薄膜結(jié)構(gòu)和發(fā)光特性的影響,通過XRD分析得出不同元素?fù)诫s只對(duì)(002)峰峰位有微弱影響,是由于Na、K半徑比Zn大,使晶格常數(shù)增大引起的。通過AFM分析薄膜表面平整度也是由于Na、K半徑比Zn大所引起的。通過光致發(fā)光普分析堿金屬的摻雜沒有改變鋅缺陷和氧缺陷的濃度,只可改變ZnO的禁帶寬度,影響紫外峰峰位。

對(duì)IB族元素的金(Au)、銀(Ag)、銅(Cu),人們也進(jìn)行了一定的研究。與IA族元素相比IB族元素離子大小失配度較小,有可能比IA族元素更適合p型摻雜,但是Cu與Ag在ZnO中表現(xiàn)為深受主能級(jí)[15,16],而Au有+1和+3兩個(gè)價(jià)態(tài),情況更為復(fù)雜,這也揭示出了IB族元素作為p型摻雜源的不足。Y.F.Yan等人[17]用第一性原理計(jì)算出了IB族元素?fù)诫s后雜質(zhì)能級(jí)的位置,CuZn、AgZn、AuZn分別位于價(jià)帶頂0.7eV、0.4eV、0.5eV處,并且Ag原子具有最大的離子半徑,同時(shí)Ag原子d軌道能級(jí)與O原子p軌道能級(jí)間的排斥力也最弱,使它更容易進(jìn)行替位摻雜。因此Ag比Au、Cu更適合作為p型摻雜源。隋成華等人[18]采用ZnO-Ag陶瓷靶為靶材,采用反應(yīng)電子束蒸發(fā)法在氧化鋁上摻Ag制成p型ZnO薄膜,生長(zhǎng)溫度范圍從150~250℃,生長(zhǎng)過程中薄膜呈n型,通過退火來實(shí)現(xiàn)反型,退火溫度為300℃,所制薄膜的載流子濃度np=2.80×1016/cm3,電阻率為1.0kΩ·cm,遷移率為μ=0.22cm2/Vs ,增加退火溫度后載流子濃度開始減小,薄膜電阻率增大。孫利杰等[19]利用磁控濺射技術(shù)在Si基片上生長(zhǎng)了Ag摻雜ZnO薄膜,證明了受主缺陷是由Ag替位Zn引起的,最終得到了電阻率ρ=0.1Ω·cm,載流子濃度np=1.7×1018/cm3,遷移率μ=36cm2/Vs的p型ZnO薄膜,并在此基礎(chǔ)上制備了ZnO:Ag/ZnO同質(zhì)結(jié)I-V測(cè)試顯示出了明顯的整流特性。用Ag作為p型摻雜源制備出了性能比較優(yōu)異的薄膜,但是該方法對(duì)襯底以及工藝要求較高,因此生產(chǎn)成本相應(yīng)較高。

2.V族元素的摻雜

對(duì)V族元素N、P、As、銻(Sb)作N由于具有和O非常接近的原子半徑(0.146nm)會(huì)以氧位氮NO的形式起受主作用,并且它的受主能級(jí)較淺,約170meV,更是人們研究的重中之重。1997年,Minegshi K等[20]首次得到了摻N的p型ZnO薄膜,掀起了N摻雜ZnO的研究熱潮,常用的N摻雜源主要有一氧化氮(NO)、二氧化氮(NO2)、氨氣(NH3),很少直接用N2或者N2O是因?yàn)樵趽诫s過程中會(huì)形成(N2)O施主型雜質(zhì),在氮?dú)猓∟2)和一氧化二氮(N2O)中都存在N-N鍵,而N-N鍵的鍵能很大,需要吸收很大的能量才能打開,因此很難得到氧位氮NO。P、As、Sb相對(duì)于N而言受主能級(jí)要深的多并且在ZnO中的固溶度比N要小,但是近些年研究者們也采用這些元素?fù)诫s并取得了一些進(jìn)展。

浙江大學(xué)的葉志鎮(zhèn)等[21]采用NH3為N源,在氧化鋁襯底上制備了N摻雜ZnO薄膜,并在襯底溫度為500℃,NH3∶O2=1∶1的條件下得到了p型膜。但是由于H對(duì)N的鈍化作用雖然薄膜呈p型,電阻率卻很大。后來Zhang Y Z等[22]對(duì)NH3摻雜的p型ZnO薄膜進(jìn)行后續(xù)退火處理,經(jīng)N2氣氛下500℃退火10min后,薄膜的電阻率從103Ω·cm降為7.73Ω·cm,說明退火工藝打破了N-H鍵,使N得到激活。李林等[23]采用等離子氣體輔助分子束外延法以NO作為N源,高純金屬Zn為靶材,Zn靶溫度為235℃,NO流量為0.6sccm的條件下在藍(lán)寶石上制備出載流子濃度np=2.6×1017/cm3,遷移率μ=0.8cm2/Vs,電阻率ρ=30Ω·cm的p型膜。在后續(xù)的試驗(yàn)中通過改進(jìn)生長(zhǎng)方法,采用激活的N2和O2混合氣體作為N源,并在生長(zhǎng)過程中采用間歇生長(zhǎng)的方式,即間歇性的關(guān)閉O2和Zn的閥門,但N等離子氣體一直照射基片,用這種方法制備了載流子濃度np=1.68×1018/cm3,遷移率μ=1.98cm2/Vs,電阻率ρ=2.5Ω·cm的p型Z n O薄膜。N元素是人們研究較早的制備p型膜的雜質(zhì)源,在摻雜的過程中應(yīng)盡量避免H的鈍化作用,從而得到高質(zhì)量的p型半導(dǎo)體。

然而在2009年Lyons對(duì)N元素的摻雜機(jī)理提出了質(zhì)疑,他在APL發(fā)表了一篇文章“why nitrogen cannot lead to p-type conductivity in ZnO”[24]并通過用理論計(jì)算證明了他們的觀點(diǎn),即只有當(dāng)費(fèi)米能級(jí)高于價(jià)帶頂1.3eV以上,才能形成起受主作用的氧位氮NO,否則形成的NO是不帶電荷的,起不到受主作用,由此得出結(jié)論N在ZnO中是以深受主形式穩(wěn)定存在,此觀點(diǎn)又與人們之前的認(rèn)知相悖。盡管如此,Kawasaki[25]課題組在2010年通過MBE的方法以NH3為氮源在ZnMgO上面制備出了N原子濃度為1×1019/cm3的薄膜。這種理論上與實(shí)際之間的矛盾,還有待日后進(jìn)行更深入的研究。

對(duì)于用磷作為p型摻雜源近些年也取得了很大的進(jìn)展,通常采用的P源是Zn3P2和P2O5[26,27],B Yao等人[23]采用磁控濺射法在石英襯底上生長(zhǎng)出了P摻雜的ZnO薄膜,經(jīng)過750℃空氣中退火5min后呈p型導(dǎo)電,并得出空穴的產(chǎn)生是由于形成了PZn-2VZn復(fù)合體,而不是PO。馬鳴珂等人[28]用P2O5為P源利用磁控濺射技術(shù)在石英玻璃上制備了p型ZnO薄膜,并經(jīng)后續(xù)的800℃快速退火后,使薄膜的各項(xiàng)性能得以優(yōu)化,最終得到了載流子濃度np=7.47×1017/cm3,遷移率μ=12.5cm2/Vs,電阻率ρ=6.886×10-1Ω·cm的薄膜。由于P摻雜ZnO導(dǎo)電類型的轉(zhuǎn)變嚴(yán)重依賴薄膜的生長(zhǎng)環(huán)境以及后續(xù)的退火處理,因此對(duì)制膜工藝參數(shù)的要求較高,進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)的成本較大。

由于As的原子半徑比較大,摻入ZnO中As可能會(huì)有3種行為即占據(jù)Zn位、占據(jù)O位、占據(jù)Zn與O的間隙位置。至于究竟是那種起受主作用,Ryu等人做了回答[29,30],他們通過采用分子束沉積技術(shù)生長(zhǎng)了摻As的p型ZnO,用這種方法制備的薄膜比之前用熱擴(kuò)散法制備的薄膜結(jié)晶性要好,通過PL譜分析As在ZnO里是淺能級(jí)受主,并且證明了這是由于AsZn-2VZn復(fù)合能級(jí)引起的。Wahl[31]等人通過實(shí)驗(yàn)證明了 As原子起受主作用是因?yàn)檎紦?jù)了Zn的位置而不是O的位置。種種實(shí)驗(yàn)結(jié)果均證明了2004年Limpijumnong[32]提出的大尺寸適配原子摻雜理論是正確的。近期馮秋菊等人[33]在Si(100)襯底上制備出了高取向的As摻雜ZnO納米線陣列,為ZnO基納米光電器件的實(shí)現(xiàn)提供了一種可行的p型摻雜方法。

3.共摻法

進(jìn)行ZnO的p型摻雜主要需要解決的一個(gè)問題就是受主雜質(zhì)在ZnO中的固溶度,之前人們單一摻雜I族或V族元素,通過改變實(shí)驗(yàn)參數(shù),變換制膜方法,改進(jìn)生長(zhǎng)條件,對(duì)p型薄膜的參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化,雖然也制備出了一些高質(zhì)量的p型ZnO薄膜,但對(duì)實(shí)驗(yàn)條件,生長(zhǎng)條件要求較高,從經(jīng)濟(jì)的角度來看沒辦法投入到實(shí)際應(yīng)用中。常規(guī)方法進(jìn)行單元素?fù)诫s所制備的薄膜空穴濃度還是偏低,這是由于p型摻雜引起Madelung能的升高,不利于p型摻雜的進(jìn)行,因此進(jìn)入替代位置起受主作用的雜質(zhì)很少,如果通過施主和受主雜質(zhì)共同摻雜的方法就能使系統(tǒng)的Madelung能降低,使施主-受主間的引力取代原來受主間的斥力。因而人們對(duì)共摻雜方法進(jìn)行了深入的研究。常用的共摻方法一般采用N與(Al、Ga、In)等施主雜質(zhì)共摻,其中Al-N共摻法研究的比較多。浙江大學(xué)的葉志鎮(zhèn)小組[34]曾在2004年制備出了載流子濃度為7.56×1017/cm3,電阻率為94.3Ω·cm的p型ZnO薄膜。重慶師范大學(xué)的梁薇薇等[35]也采用Al-N共摻法制備了一批載流子濃度高達(dá)1×1018~6×1018/cm3,對(duì)應(yīng)的電阻率為1~9Ω·cm,遷移率為1~2cm2/Vs的優(yōu)質(zhì)p型膜,并得出了共摻的退火溫度較單一摻雜有所降低,可能與失主雜質(zhì)Al的摻入有關(guān)這一結(jié)論。該組在2008年時(shí)也曾采用In-N共摻的方法制備出了空穴濃度為1.22×1018/cm3,遷移率為2.19cm2/Vs,電阻率為2.33Ω·cm的p型ZnO薄膜[36],并研究了退火溫度對(duì)薄膜性質(zhì)的影響,在550~600℃,退火時(shí)間在5~10min內(nèi)得到的薄膜性質(zhì)穩(wěn)定。

雖然施主-受主共摻的方法為制備p型ZnO薄膜提供了一個(gè)很好的思路,并取得了良好的效果,但此種方法也有它自身的弊端。施主-受主共同進(jìn)入ZnO,薄膜中同時(shí)存在大量的施主缺陷和受主缺陷,導(dǎo)致這種p型ZnO薄膜的導(dǎo)電均勻性很差,從大量的實(shí)驗(yàn)結(jié)果中可以看出,很多研究人員通過施主-受主共摻的方法都得到了高補(bǔ)償?shù)谋∧?,而這種薄膜是不能應(yīng)用到實(shí)際的。

近些年,一些研究人員基于密度泛函理論的第一性原理,又提出了雙受主摻雜法,比如將Li-N或Na-N同時(shí)作為受主雜質(zhì)摻入ZnO中以獲得更高摻雜濃度和更淺的受主能級(jí)。

浙江大學(xué)的林蘭、葉志鎮(zhèn)等[37]曾采用Na-N共摻法制備p型ZnO薄膜XPS分析表明,Na取代了Zn的位置作為替位受主存在,N主要以N-H鍵形式存在,至于是否存在NaZn-NO受主復(fù)合體,并沒有給出肯定的答案。解小宇等[38]用平面波超軟贗勢(shì)法,通過構(gòu)建理想模型,對(duì)Na-N共摻雜中Na與N分開和Na與N相連2種情況進(jìn)行分析對(duì)比得出Na與N分開時(shí),雜質(zhì)元素在ZnO中更穩(wěn)定,有利于雜質(zhì)的施主作用。

對(duì)于Li-N共摻,浙江大學(xué)的盧洋番等[39]通過鈍化作用,也制備了高度c軸取向的p型ZnO薄膜。胡小穎等[40]通過第一性原理研究了Li-N、Li-2N共摻ZnO的電子結(jié)構(gòu),基于第一性原理,采用平面波贗勢(shì)法,對(duì)Li-N共摻形成的一個(gè)雙受主缺陷,與Li-2N共摻形成的三受主缺陷進(jìn)行比較得出Li-2N體系比Li-N體系具有更高的受主雜質(zhì)濃度,并且非局域化特征更明顯,更有利于制備p型ZnO薄膜,為實(shí)驗(yàn)提供了理論支持。

三、結(jié)語

ZnO半導(dǎo)體能否在今后得到廣泛的應(yīng)用取決于能否制備出高質(zhì)量的ZnO基p-n結(jié),尤其是能否制備出高質(zhì)量的p型ZnO。雖然目前對(duì)ZnO薄膜p型摻雜的研究已經(jīng)取得了一定的進(jìn)展,但仍有很多問題需要解決,盡管可以制備出p型ZnO薄膜,但其穩(wěn)定性不高,并且對(duì)其具體的導(dǎo)電機(jī)制,還沒有明確合理的解釋。對(duì)于摻雜元素、摻雜方法、制備方法的選擇,仍有待繼續(xù)探索;對(duì)薄膜內(nèi)電子和空穴的行為仍然需要對(duì)其進(jìn)行研究,并使理論與實(shí)驗(yàn)得到的結(jié)果相符,力圖用最經(jīng)濟(jì)的方法制備出高空穴濃度、高遷移率、低電阻率、可重復(fù)性高的p型ZnO薄膜。

參考文獻(xiàn)

[1] Aghamalyan N R,Hovsepyan R K,Petrosyan S.p-type ZnO Films for Preparation of p-n junctions[J].Journal of Contemporary Physics (Armenian Academy of Sciences),2008,43(4):177-182.

[2] Look D C,Reynolds D C,Sizelove J R,et al.Electrical properties of bulk ZnO[J].Solid State Communication,1998, 105(6):399-401.

[3] Tang Z K,Wong G K L,Yu P,et al.Room-temperature ultra-violet laser emission from self-assembled ZnO Microcrystalline thin films[J].Appl. Phys. Lett.,1998,72:3270-3272.

[4] Meyer B K,Alves H,Hofnann D M,et al. Bound exciton and donor-acceptor pair recombinations in ZnO[J].Phys Stat Sol (b),2004,241(2):231-260.

[5] Yamamoto T,Katayama-yoshida H.Physics and control of valence states in ZnO by codoping method[J].Physica B,2001,302-303:155-162.

[6] Wang P,Chen N F,Yin Z G.P-doped p-type ZnO Films deposited on Si substrate by Radio-frequency magnetron sputtering[J].Appl.Phys.Lett.,2006,88(15):152102-1-3.

[7] Kim K K,Kim H S,Hwang D K,et al.Realization of p-type ZnO Thin Films via Phosphorus Doping and Thermal Activation of the Dopant[J].Appl.Phys.Lett.,2003,83(1):63-65.

[8] Yamamoto T.Codoping for the fabrication of p-type ZnO[J].Thin Solid Films,2002,420-421:100-106.

[9] Duan X Y,Yao R H,Zhao Y J.The mechanism of Li,N dual-acceptor co-doped p-type ZnO[J].Appl.Phys.A, 2008,91:467-472.

[10] 楊麗麗.直流反應(yīng)磁控濺射法制備Na摻雜p型ZnO薄膜[D].杭州:浙江大學(xué),2005.

[11] Han Weizhi,Ji Zhenguo.Effect of Na concentration on properties of Na-doped p-type ZnO thin films[D].Hangzhou: Zhejiang University,2007.

[12] Zeng Y J,Ye Z Z,Xu W Z,et al.Dopant source choice for formation of p-type ZnO Li acceptor[J].Appl.Phys. Lett.,2006,88(6):062107-1-3.

[13] 武軍,楊銀堂.K摻雜p型ZnO薄膜的制備及其表征[J].西安電子科技大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2008,35(1):92-95.

[14] 張利學(xué),陳長(zhǎng)樂,羅炳成.堿金屬摻雜ZnO薄膜發(fā)光性能研究[J].人工晶體學(xué)報(bào),2009,38(6):186-189.

[15] Kanani Y,Admittance spectroscopy of ZnO crystals[J].Appl.Phys.,1990,29(8):1426-1430.

[16] Kanani Y,Admittance spectroscopy of Cu-doped ZnO crystals[J].Appl.Phys.,1991,30(4):703-707.

[17] Yan Y F,Aljassim M M,Wei S H.Doping of ZnO crystals[J]Appl.Phys.Lett.,2006,89(18):181912.1-181912.3.

[18] 隋成華,徐天寧,鄭東,等.ZnO:Ag薄膜的生長(zhǎng)及電學(xué)性質(zhì)研究[J].紅外與激光工程,2010,39(4):128-131.

[19] 孫利杰,鐘聲,張偉英,等.Ag摻雜p型ZnO薄膜及其同質(zhì)結(jié)的光電性質(zhì)[J].發(fā)光學(xué)報(bào).2008,29(2):304-308.

[20] Minegishi K,Koiwai Y,Kikuchi Y,et al.Growth of p-type zinc oxide films by Chemical Vapor Deposition[J].Jpn J Appl. Phys.,1997,36(11A):1453-1455.

[21] 呂建國(guó),葉志鎮(zhèn),陳漢鴻,等.直流反應(yīng)磁控濺射生長(zhǎng)p型ZnO薄膜及其特性的研究[J].真空科學(xué)與技術(shù),2003,23(1):8-11.

[22] Li L,Shan C X,Li B H,et al.The compensation source in nitrogen doped ZnO[J].J Phys D:Appl.Phys.,2008, 41(24):4036-4042.

[23] Lyons J L,Janotti A,Van de Walle C G.Why nitrogen cannot lead to p-type conductivity in ZnO[J].Appl.Phys. Lett.,2009,95(25):252105-252105-3.

[24] Nakahara K,Akasaka S,Kawasaki M,et al.Nitrogen doped Mg1-xO/ZnO single heterostructure ultraviolet lightemitting diodes on ZnO substrates[J].Appl.Phys. Lett.,2010,97(1):013501-013501-3.

[25] Ko Y,Jung J,Bang K,et al.Characteristics of ZnO/Si prepared by Zn3P2 diffusion[J].Applied Surface Science, 2002,202(3):266-271.

[26] Yang J,Kim H, Lim J,et al.The effect of Ar/O2sputtering gas on the phosphorus-Doped p-type ZnO thin films[J]. Electrochem Soc,2006,153(3):G242.

[27] Yao B,Xie Y P,Cong C X,et al.Mechanism of p-type conductivity for phosphorus-doped ZnO thin film[J].Phys D:Appl.Phys.,2009,42(1):15407-15410.

[28] 馬鳴珂.磷摻雜p型ZnO薄膜的制備與性能研究[D].長(zhǎng)春:吉林大學(xué),2011.

[29] Ryu Y R,Zhu S,Look D C,et al.White Synthesis of p-type ZnO films[J].Cryst Growth,2000,216:330-334.

[30] Ryu Y R,Lee T S,White H W.Properties of arsenic-doped p-type ZnO grown by hybrid beam deposition[J].Appl. Phys.Lett.,2003,83(1):87-89.

[31] Wahl U,Rita E,Correia J G,et al.Direct evidence for As as a Zn-site impurity in ZnO[J].Phys.Rev.Lett.,2005,95(21):215503.

[32] Limpijiumnong S,Zhang S B,Wei S H,et al.Doping by large-size-mismatched impurities:the microscopic origin of arsenic-or antimony-doped p-type zinc oxide[J].Phys.Rev.Lett.,2004,92(15):155504.

[33] 馮秋菊,馮宇,梁紅偉,等.高取向As摻雜ZnO納米線陣列的制備與表征[J].發(fā)光學(xué)報(bào),2011,32(2):50-54.

[34] 張正海,葉志鎮(zhèn),朱麗萍,等.鋁氮共摻制備p型ZnO薄膜的電學(xué)性能研究[J].真空科學(xué)與技術(shù)學(xué)報(bào),2004,24(6):8-10.

[35] 梁薇薇,孔春陽,秦國(guó)平,等.Al-N共摻雜p型ZnO薄膜制備及電學(xué)性能的研究[J].重慶師范大學(xué)學(xué)報(bào),2012,29(2):68-71.

[36] 秦國(guó)平,孔春陽,阮海波,等.退火對(duì)N-In共摻p型ZnO薄膜結(jié)構(gòu)和光電性質(zhì)的影響[J].重慶師范大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2008,25(1):64-67.

[37] 林蘭,葉志鎮(zhèn),龔麗,等.射頻反應(yīng)磁控濺射法退火生長(zhǎng)Na-N共摻雜p-ZnO薄膜[J].發(fā)光學(xué)報(bào),2010,31(2):199-203.

[38] 解曉宇,孫慧卿,王度陽,等.Na,N雙受主共摻雜p型ZnO第一原理研究[J].功能材料,2012,43(2):257-260.

[39] 盧洋藩,葉志鎮(zhèn),曾昱嘉,等.Li-N-H共摻雜法制備p型ZnO薄膜[J].無機(jī)材料學(xué)報(bào)2006,21(6):1511-1514.

[40] 胡小穎,田宏偉,宋立軍,等.Li-N,Li-2N共摻雜p型ZnO的第一性原理研究[J].物理學(xué)報(bào),2012,61(4):369-373.

猜你喜歡
電阻率雜質(zhì)薄膜
HPLC法測(cè)定鹽酸伐地那非的雜質(zhì)含量
摻雜半導(dǎo)體硅材料電阻率測(cè)量的光電效應(yīng)和熱效應(yīng)
不得隨意棄置、掩埋、焚燒農(nóng)用薄膜
五大連池尾山火山 處于“充電”狀態(tài)
“不知疲倦”的仿生智能薄膜問世
二則
激發(fā)極化法尋找固體礦產(chǎn)的應(yīng)用
在細(xì)節(jié)處生出智慧之花
掙錢不易
粗鹽中難溶性雜質(zhì)的去除
海阳市| 延庆县| 东乌珠穆沁旗| 锡林郭勒盟| 安福县| 宝山区| 轮台县| 鄱阳县| 乌鲁木齐县| 和政县| 光山县| 长顺县| 昭苏县| 黑山县| 南部县| 东乌| 五家渠市| 土默特右旗| 乡城县| 洛隆县| 临潭县| 镇巴县| 邻水| 增城市| 鄂州市| 望江县| 民丰县| 平武县| 安溪县| 康乐县| 东莞市| 南靖县| 富源县| 保德县| 武陟县| 家居| 安岳县| 城市| 霸州市| 滦平县| 井冈山市|