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ZnO半导体材料因其在光电子和自旋电子器件等方面的巨大应用潜力,已经引起了人们的广泛关注。
本论文利用PLD(Pulsed Laser Deposition)技术在覆盖有SiC缓冲层的Si衬底上制备出ZnO薄膜,利用一些常规测试方法和同步辐射实验技术研究了SiC缓冲层对制备的ZnO薄膜结构、光学和电学性能的影响,另外,对PLD制备的Mn掺杂ZnO薄膜的结构和磁性也进行了初步探讨。主要的研究工作如下:
1.利用PLD方法制备了ZnO/Si(111)和ZnO/SiC/Si(111)薄膜,并结合微电子技术制备成紫外探测器。利用常规X射线衍射(XRD)技术、同步辐射掠入射X射线衍射(SRGID)技术、光致发光(PL)谱、Ⅰ-Ⅴ和光电响应测试手段,分析了SiC缓冲层对样品的结构、发光和电学性能的影响。结果表明,SiC缓冲层提高了ZnO薄膜的结晶质量,增强了其紫外发光峰的强度,并使得n-ZnO/p-Si异质结的整流效应和对紫外光的响应明显增强。SiC缓冲层一方面可以缓解ZnO和Si衬底之间由于大的晶格失配和热失配而导致的应力:另一方面,它还可以饱和Si衬底部分悬挂键,减少界面态,从而提高薄膜的结晶质量和器件的性能。
另外,我们还讨论了不同厚度SiC缓冲层对ZnO薄膜结构、发光和电学性质的影响。结果表明缓冲层厚度为38nm时,样品的性能较好。
2.采用PLD方法在Si(111)衬底上制备出Zn<,0.95>Mn<0.05>O薄膜。利用XRD和X射线吸收精细结构谱(XAFS)技术进行了结构表征。结果表明,Mn取代了Zn的位置,并导致了ZnO薄膜c方向的晶格常数变大,薄膜的结晶性变差。SQUID测量结果表明Zn<,0.95>Mn<,0.05>O薄膜具有低温铁磁性。通过对氧的X射线近边吸收谱(XANES)和光致发光谱的分析表明,薄膜中含有氧空位。结合BMP理论,我们认为样品的低温铁磁性可能与氧空位的存在有关。