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氧化锌(Zn O)作为一种直接宽带隙半导体材料,室温下禁带宽度为3.37 eV,激子束缚能高达60 meV,有望在室温及更高温度下实现高效的激子发光,近年来在国内外引起了广泛的研究热潮。然而,ZnO作为新一代发光器件,仍面临诸多困难,如:ZnO天然n型导电机制尚不明确;p型导电机制存在争议;难以获得高质量稳定的p型ZnO薄膜等。其中,ZnO的p型导电机制与稳定性已成为ZnO研究中亟待解决的国际性难题。为此,本论文针对ZnO当前研究中热点和难点问题,采用射频磁控溅射制备了未掺杂、Mg、Cd掺杂n型ZnO薄膜;采用射频磁控溅射结合离子注入及退火技术分别制备了N掺杂富锌ZnO、Ag-N共掺及C-N共掺三类p型ZnO薄膜。结合现代检测技术以及第一性原理计算,先后在ZnO天然n型导电机制,N掺杂富锌ZnO薄膜、Ag-N共掺ZnO薄膜以及C-N共掺ZnO薄膜p型导电的形成机制及其稳定性等相关方面开展了一系列的研究工作,得到以下主要结论:①发现ZnO拉曼275 cm-1振动模式与锌间隙(Zni)缺陷密切相关。Mg掺杂和Cd掺杂可分别抑制或诱导Zni的产生,控制Mg或Cd的不同掺杂浓度可实现ZnO薄膜中Zni浓度的有效调控。Zni缺陷的浓度决定了ZnO背景电子浓度,Zni相关缺陷是ZnO呈现天然n型导电的主要来源。②成功制备了富锌ZnO:N薄膜,发现其p型稳定性优于常规条件下制备的非富锌ZnO:N薄膜。富锌ZnO:N薄膜存在一定浓度的Zni缺陷,易与NO形成Zni-2NO中性复合体结构,有效降低了受主离化能,利于获得稳定的p型导电ZnO:N薄膜。p-Zn O:N薄膜中存在(N2)O施主缺陷是导致其p型最终不稳定的主要原因之一。③采用Ag-N共掺杂法获得了ZnO薄膜的p型导电,空穴浓度为3.072×1016 cm-3,迁移率为2.2 cm2V-1s-1,电阻率为92.57Ωcm。AgZn-NO受主复合体的形成是Ag-N共掺ZnO薄膜的p型导电机制。尽管ZnO:(Ag,N)薄膜的p型导电能维持超过四个月,但其导电性能明显出现衰减现象,p型薄膜在常温下能自发形成(N2)O施主缺陷是导致p型不稳定的主要原因之一。此外,结合理论和实验揭示了氧空位是Ag-N共掺ZnO体系具有室温铁磁性的来源。④第一性原理研究发现在N离子注入ZnO时,未占据氧空位的N极易与晶格O结合形成(NO)O施主缺陷,在后期退火过程中复合体中N相比O更容易先发生扩散形成“自由”移动的间隙离子。移动的间隙N离子除了寻找未被占据的氧空位形成NO受主外,剩余的间隙N离子在退火结束失去能量后易与周围的晶格O结合再次形成(NO)O或者与晶格N结合形成(N2)O等施主复合体缺陷,不利于ZnO的p型导电及其稳定性。进一步的理论和实验研究表明适当向ZnO中引入一定浓度的C杂质,能有效地束缚离子注入时未占据氧空位的间隙N离子形成(CN)Zn受主复合体,避免了间隙N与晶格O结合形成(NO)O施主缺陷。采用C-N共掺法制备的ZnO薄膜的p型性能及其稳定性都明显得到提升。