基于SnO和Si的异质p-n结制备及性能研究

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氧化物半导体作为一类重要的半导体材料具有广泛的应用,比如气敏传感器、太阳能电池、可充电锂电池、光催化以及平板显示器的驱动元件等。然而多数氧化物半导体呈现本征n型电导。尽管研发获得了一些p型氧化物半导体,但是和n型氧化物相比,其研发强度和性能还相差甚远。这种不均衡现象已经严重阻碍了基于氧化物半导体的互补型电路、器件的发展与应用。氧化亚锡(SnO)作为一种本征p型氧化物半导体材料,获得了大量研究,比如作为锂电池阳极材料、p型或双极性薄膜晶体管以及p-n结中的p型半导体材料。p-n结是众多半导体器件中的“基本骨架”,比如太阳能电池、发光二极管、光电探测器以及双极性晶体管等。本论文围绕SnO/Si异质p-n结的制备及性能展开研究,包括以下内容:(1)探索出了采用电子束蒸发结合紫外光刻技术制备异质p-n结的方法,成功制备出了具有明显整流效应的SnO/Si异质p-n结。(2)研究了退火温度及气氛、电极材料种类以及p型SnO薄膜厚度等参量对该p-n结电学性能的影响。(3)通过深入分析SnO/Si异质p-n结的电流—电压及电容—电压特性,确定了器件的电学参数值,包括开启电压、整流比、串联电阻、理想因子以及内建电场。其次,基于紫外光电子能谱测得SnO薄膜的功函数为4.3eV,根据电容-电压特性测试数据计算得到SnO薄膜相对介电常数为18.8±1.7。最后,构筑了SnO/Si异质p-n结的能带图,其可较好地解释了器件的电流-电压特性。
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