ZnSnN2的制备及电学性能的研究

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ZnSnN2是一种新型直接带隙的三元化合物半导体材料。它的成本低廉,储量丰富;禁带宽度在1.42.0eV之间,且无毒性,长期稳定。这些特性和优势使得ZnSnN2在光催化、光伏、光发射等方面有着广泛的应用前景。然而,ZnSnN2目前存在着迁移率低,载流子浓度过高的特点,导致它难以得到实际应用。如何提高ZnSnN2的迁移率,降低载流子浓度,就成为了人们研究的重点。本论文的主要内容是制备ZnSnN2薄膜并调节迁移率,研究其内部的散射机制和导电机制对于载流子浓度和迁移率的影响。本文通过反应磁控溅射方法制备ZnSnN2薄膜,通过不同的磁控溅射工艺来进行制备。研究了溅射气压、基底温度、氮氩比例对ZnSnN2薄膜的微观结构、电子浓度和迁移率的影响。通过溅射气压的改变调节了ZnSnN2薄膜的迁移率和载流子浓度,并分析了不同溅射气压下样品的载流子浓度随温度的变化趋势、迁移率随温度的变化趋势。具体工作分以下几个方面:第一,采用直流-射频双靶磁控溅射的方法,在K9玻璃基底上制备ZnSnN2薄膜。通过对基底温度、氮氩比例、偏压等工艺参数对ZnSnN2薄膜的晶体结构的影响,研究在此种制备方法下得到纯相ZnSnN2的制备条件。第二,使用锌锡合金靶(锌:锡=3:1),进行单靶磁控溅射方法,在K9玻璃基底上制备ZnSnN2。研究溅射功率对于薄膜制备的影响,找到了ZnSnN2单靶的制备工艺参数。并研究溅射气压对迁移率的影响,得到的样品中最高迁移率为28.1 cm2V-1s-1。第三,深入研究ZnSnN2制备过程中的溅射气压变化对迁移率和载流子浓度的影响,发现随着溅射气压上升,ZnSnN2薄膜的迁移率提高,载流子浓度下降。对不同溅射气压下制备的ZnSnN2薄膜分析了其光电子能谱、迁移率随温度变化的曲线、电子浓度随温度变化曲线。发现在较低溅射气压下得到的样品,由于存在较多替位氧元素,以杂质带导电为主,迁移率低;而较高溅射气压下得到的样品,替位氧元素较少,所以是以导带导电为主,迁移率较高。由于这种导电方式的改变,影响着ZnSnN2薄膜的迁移率结果。
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