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半导体材料氧化锌的制备与性能


氧化锌是典型的第三代半导体材料,兼具3.37eV的禁带宽度和60meV的激子束缚能,属于II-VI族半导体。由于氧化锌具备独特的压电、电学、光学记忆性能,所以氧化锌在传感器、导电记忆元件、激光系统等中具有广阔的应用范围。目前,有效提高氧化锌薄膜光电性能的方法就是锂掺杂。

借助磁控溅射法制备锂掺杂的氧化锌薄膜,并对其光学性能、电学性能进行研究。所制备出的锂掺杂氧化锌薄膜均呈现六角纤锌矿结构,并有着良好的c轴取向。在可见光波段中,锂掺杂氧化锌薄膜具有良好的透光率,而紫外吸收边陡峭。光致发光谱结果表明:锂掺杂氧化锌在390nm408nm434nm465nm处出现受激发射。锂掺杂氧化锌薄膜之所以被称为n型半导体,是因为锂进入晶格后,会形成Lizn-Lii复合施主。

其次,研究发现提高生长温度及退火温度,对于提高薄膜的结晶性有着积极性影响。由于高温条件下的Lizn-Lii复合施主会转换为Lizn受主,所以锂掺杂氧化锌薄膜的载流子浓度会随着生长温度或退火温度的上升而减小。而高温还会对原子之间的轨道杂化和缺陷性能造成影响。因此,光致发光强度会随着生长温度和退火温度的升高而减小。

研究还发现,当氩氧比为10:1时,锂掺杂氧化锌薄膜的结晶性达到最好状态。此外,锂掺杂氧化锌薄膜的禁带宽度和氧气的含量成反比。同时,当氩氧比为10:1时,锂掺杂氧化锌薄膜的载流子浓度最小。说明可以最大限度形成受主能级并减少施主能级的生长氛围是当氩氧比为10:1时。



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