金属-n型氧化锌纳米薄膜接触特性的研究
ZnO作为一种宽带隙半导体材料，室温下的禁带宽度为3.37eV，具有优良的光学和电学性质，广泛应用于紫外探测、短波长激光器、透明导电薄膜等领域。为了提高ZnO半导体器件的性能，必须制备高质量的金属—ZnO接触。本论文采用脉冲激光沉积（PLD）薄膜外延生长技术，制备并系统地研究了金属—ZnO薄膜的接触特性。
论文的主要内容有：
1.利用PLD方法在Al/Si衬底上生长出了高质量的ZnO单晶薄膜。通过X射线衍射和扫描电子显微镜图像对薄膜晶体质量和形貌进行了检测和分析。结果表明所生长薄膜具有高度的c轴择优取向，薄膜表面平整，表面晶粒尺寸约30nm，大小一致，分布均匀。高结晶质量的ZnO薄膜为制备优良的金属—ZnO接触奠定了基础。
2.探索并总结了以Al金属材料制备高质量的n型ZnO欧姆电极的方法。要在n型的ZnO薄膜上制作良好的欧姆电极，需要选择功函数合适的金属作为电极材料，比如In、Ti、Al等。另外，在金属Al和n型ZnO膜之间生长一层高掺杂的AZO层，可得到比Al与n型ZnO的直接接触更优良的欧姆性能。高温退火可以有效提高金属电极的结晶质量和电导率、降低电极与n型ZnO界面处的接触势垒，从而降低接触电阻。为进一步制作性能优良的n型ZnO基半导体器件提供了指导。
3.分别利用Al和Ag作为欧姆电极和肖特基电极成功地制备了ZnO肖特基型紫外探测器的原型器件。由I—V曲线计算出Ag与ZnO接触的理想因子为1.22，势垒高度为0.908eV。把该器件放入真空室600℃退火2小时，再由I—V特性曲线计算其理想因子变为1.18，势垒高度增大到0.988eV。以325nm入射光照射器件，5V偏压下退火前后的光电流分别为42.58mA和98.23mA，光电流与暗电流之比分别为140.4和138.4。光电流相对于暗电流提高了超过两个数量级。
4.改变Ag电极的生长温度，研究了电极生长温度对Ag—ZnO接触特性的影响。利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜和I—V测试方法对样品的晶体质量、结构和电学性质进行了分析。结果表明，Ag电极随生长温度的不同其晶体质量有较大差异，并对Ag/ZnO接触性能有重要影响，在150℃和200℃生长的Ag电极实现了Ag与ZnO的肖特基接触，进一步分析得出Ag与ZnO实现肖特基接触依赖于接触界面p型ZnO的存在。
氧化锌薄膜;纳米薄膜;接触特性;宽带隙半导体材料;脉冲激光沉积;外延生长
曲阜师范大学
硕士
物理电子学
李清山
2009
中文
TN304.21;TN304.054.4
43
2009-09-02（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）