论文部分内容阅读
ZnO是一种宽禁带(室温下为3.37 eV)直接带隙半导体材料,其波长处于近紫外范围,对可见光是透明的,氧化锌的激子束缚能约为60 meV。氧化锌能够在比较低的温度下制备,可以用不同的基底来生长,既能用单晶衬底(如蓝宝石、Si等)来制备,又能用非晶衬底(如玻璃、塑料等)来制备。除过体单晶和薄膜,氧化锌的纳米构成非常丰富,因为纳米结构有比表面积大的特点,所以适用于传感器领域。此外,氧化锌的工艺简单、热稳定性高、体单晶易得等优点。因此,ZnO是新一代的光电半导体材料,目前半导体材料与器件研究皆聚焦于此。本论文运用水热法、化学气相沉积(CVD)法分别制备了氧化锌纳米阵列和薄膜,涂层对ZnO进行Al掺杂、Ag/N双掺杂,并制备异质pn结。研讨、剖析了氧化锌纳米阵列和薄膜的制备工艺、生长机理及一些相干特性,大部分研究工作和结果如下:1、应用浸渍提拉法在玻璃基片上涂覆ZnO晶种膜层,对晶种生成质量的影响因素如Zn2+浓度、Zn源溶剂、涂覆次数、退火温度进行了较为细致的研究分析,并以此为依据优化了二步法的晶种制备工艺。实验发现采用0.01M的乙酸锌乙醇溶液涂覆8到10次并在500℃下退火处理2h可以获得质量较好的ZnO晶种膜层。2、以上述晶种层作为生长基点,在不同浓度的生长溶液内尝试了ZnO纳米棒的恒温水浴生长,并在不同条件下进行CVD法制备ZnO薄膜,对ZnO阵列和薄膜的SEM图片做了初步探讨与分析。研究发现,以载玻片作衬底,水热法采用0.05M的生长溶液在95℃下恒温水浴生长4h到5h均可获得取向良好、分布密实、直径大小均匀的ZnO纳米棒及其一维阵列。CVD法采用0.005M晶种溶液,三温区管式炉的温度为800℃-450℃-450℃生长1h,充入O2流量35sccm、Ar2流量10sccm时可获得颗粒尺寸均匀的ZnO纳米薄膜。3、涂层制备ZnO纳米薄膜,向其中掺杂Al、(Ag,N),在n-Si和p-Si上制备薄膜形成异质pn结,并测量它们的电阻值和I-V曲线。对电阻值进行测量,n型掺杂的材料导电性比未掺杂的材料有了明显的改善;对pn结进行电学性能测量,ZnO异质pn结出现了典型的整流曲线,相比而言,p-Si/ZnO:(Al)结比ZnO:(Ag,N)/n-Si结具有较好的电学性能;我们测定600℃退火温度下的pn结的整流曲线,比未退火的pn结有较好的电学性能,而最适宜的退火温度还需要我们进一步探究。