ZnO/CuSCN异质结的制备及性能研究

论文摘要

本文采用连续离子层吸附与反应法（SILAR）制备Al掺杂ZnO薄膜,研究掺杂浓度及退火处理对薄膜结晶性能的影响;两步法化学浴沉积（CBD）制备ZnO柱状多晶薄膜,研究不同种子层数以及不同Al掺杂浓度种子层对ZnO柱状阵列薄膜的影响;SILAR制备薄膜型ZnO/CuSCN异质结,研究异质结的电学特性;CBD制备ZnO柱状阵列薄膜和SILAR制备CuSCN薄膜构成柱状异质结,研究异质结的电学特性。结果表明:SILAR制备ZnO具有c轴择优取向性,结晶性好,薄膜由31.3nm的晶粒聚集成的长约1μm的大颗粒组成,颗粒呈长楔形状,薄膜表面粗糙,均匀性差;铝掺杂后c轴择优取向性变差,晶粒尺寸随掺杂浓度的增加而增大,颗粒呈球状,尺寸变小,薄膜表面均匀平整。掺杂浓度为2%的薄膜表面最平整,颗粒最小,直径约200nm。退火处理减弱c轴择优取向性,晶粒尺寸变大,晶格常数更接近于标准。CBD制备ZnO柱状多晶薄膜结晶性良好,有较强的（002）择优取向性,晶格常数a=3.249（?）,c=5.207（?）。薄膜由柱状ZnO晶体竖向排列而成,直径约500nm。随着种子层沉积次数的增加, ZnO柱状阵列越来越密集。种子层为40次时,ZnO柱状晶体连在一起,薄膜片状生长。种子层掺铝后生长的ZnO柱状晶体排列致密,大小均匀一致,直径约300nm。2%掺杂种子层上制得的柱状阵列薄膜最均匀,表面最平整。薄膜型ZnO/CuSCN异质结,XRD表征薄膜分别为纤锌矿ZnO和（?）-CuSCN。形貌表征ZnO多晶颗粒呈球状,大小约300nm,CuSCN多晶颗粒呈片状,大小约2μm。电学表征异质结具有明显的整流特性,±4V时整流比为47.0,饱和电流密度Js=9.94×10-8A/cm2,二极管理想因子n=4.61,缺陷辅助隧穿为主要电流输运机制,在(0.4V2V,I-V特性受陷阱辅助空间电荷限制电流（SCLC）机制影响,I∝V3.4。柱状阵列ZnO/CuSCN异质结,XRD表征薄膜分别为纤锌矿ZnO和（?）-CuSCN,ZnO的结晶性优良,具有明显的（002）择优取向性。形貌表征分析ZnO呈柱状晶体竖向致密排列,直径约1μm,CuSCN为片状多晶交织排列,大小约3μm。电学表征异质结具有良好的整流特性,±3V时整流比为48.3。电压从小至大电流传输特性分别由缺陷和界面态的复合、缺陷辅助隧穿、陷阱辅助空间电荷限制电流决定。柱状阵列ZnO/CuSCN异质结比薄膜型异质结的整流比、电流密度、二极管区域范围都大,电学性能更好。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 选题意义
• 1.2 ZnO 和CuSCN 的基本性质
• 1.3 ZnO 薄膜的制备方法
• 1.4 ZnO/CuSCN 异质结研究进展
• 1.5 主要研究内容
• 第二章 SILAR 制备Al 掺杂ZnO 薄膜
• 2.1 实验部分
• 2.1.1 药品和仪器
• 2.1.2 实验步骤
• 2.1.3 薄膜表征
• 2.2 结果分析
• 2.2.1 铝掺杂浓度对薄膜的影响
• 2.2.2 退火处理对薄膜的影响
• 本章小结
• 第三章 CBD 制备柱状阵列ZnO 薄膜
• 3.1 实验部分
• 3.1.1 药品和仪器
• 3.1.2 实验步骤
• 3.1.3 薄膜表征
• 3.2 结果分析
• 3.2.1 XRD 分析
• 3.2.2 表面形貌分析
• 本章小结
• 第四章 SILAR 制备ZnO/CuSCN 异质结
• 4.1 实验部分
• 4.1.1 药品和仪器
• 4.1.2 实验步骤
• 4.1.3 异质结表征
• 4.2 结果分析
• 4.2.1 ZnO/CuSCN 异质结XRD 分析
• 4.2.2 ZnO/CuSCN 异质结表面形貌
• 4.2.3 ZnO/CuSCN 异质结I-V 特性
• 4.2.4 ZnO/CuSCN 异质结电流输运机制
• 4.2.5 ZnO/CuSCN 异质结能带结构分析
• 本章小结
• 第五章 溶液法制备柱状阵列ZnO/CuSCN 异质结
• 5.1 实验部分
• 5.1.1 药品和仪器
• 5.1.2 实验步骤
• 5.1.3 异质结表征
• 5.2 结果分析
• 5.2.1 ZnO/CuSCN 异质结XRD 分析
• 5.2.2 ZnO/CuSCN 异质结表面形貌
• 5.2.3 ZnO/CuSCN 异质结的I-V 特性
• 5.2.4 ZnO/CuSCN 异质结电流输运机制
• 5.2.5 ZnO/CuSCN 异质结能带结构分析
• 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果
• 致谢
• 附件