论文摘要
能源、材料和信息是新技术革命的先导,是现代文明的三大支柱。半导体材料是支撑现代信息社会的基石,也是新型能源开发和利用的重要基础。人们对半导体材料的研究和利用是从锗（Ge）开始的,在此后的几十年间,从窄禁带到宽禁带,从红外到紫外,半导体材料得到了迅猛的发展。硅（Si）是应用最广的半导体材料,氧化锌（ZnO）是近年来逐渐兴起的一种新型半导体材料。ZnO是-种直接带隙宽禁带半导体材料,由于其室温下禁带宽度是3.37eV,相当于发射波长为368nm近紫外光,特别是其激子结合能为60meV,可以在室温条件下实现泵浦辐射,因而被广泛的应用于太阳能电池、表面声波器件（SAW）、液晶显示、气敏传感器、压敏器件等,ZnO在透明导电电极、蓝/紫外发光二极管（LED）和激光器（LD）、紫外探测器、自旋电子器件及传感器等领域也有巨大的应用潜力,已经得到了全世界能源、材料和信息等诸多领域科学家的广泛关注,成为继GaN之后光电子领域的又一研究热点。然而,制备性能优异的、可重复的、稳定性高的p型ZnO是目前ZnO研究中面临的主要挑战。本文介绍了利用等离子体浸没离子注入技术（PIII）制备p型ZnO薄膜的新型薄膜制备技术。等离子体浸没离子注入技术具有两个其它任何制膜方法都不具备的独特优点：一是可以通过控制注入剂量进而控制受主元素的掺杂浓度,二是可以对注入的氮离子的种类进行选择,即选择性的注入。使用这种方法,我们得到了呈现出p型特性的ZnO薄膜。本论文工作主要内容如下：1)利用磁控溅射系统生长出掺Al的n型ZnO薄膜（AZO）,然后将获得的AZO薄膜置于PIII装置的样品台上,在腔体中通入含N的工作气体,使用600W射频源产生大体积、面均匀的感应耦合等离子体。用朗缪尔双探针、多通道光谱仪等来对等离子体的参数进行诊断。再给样品台上加载上升沿为1μs,脉宽和频率可调,最高达60kV电压的高压脉冲电源作为偏压源。如此高的电压可以有效的将N注入到AZO薄膜中,得到N-Al共掺的ZnO。最后再通过控制退火气氛等进一步活化注入的N元素,得到P型特性的ZnO薄膜。2)对所得的ZnO薄膜进行了X射线衍射（XRD）、霍尔效应、X射线光电子能谱（XPS）、光致发光（PL）等多项表征,通过表征,我们了解了所制备薄膜的电学特性和光学特性等性质,为我们后来成功制备出p型ZnO薄膜打下了坚实的基础,也为我们从理论上揭示p型改性的机理提供了实验验证。3)薄膜中的缺陷和杂质是决定ZnO薄膜能否实现p型改性的关键。当受主型缺陷和受主杂质占主导地位时,样品会呈现出p型；反之样品就呈现出n型。通过注入时气体种类的改变,我们可以改变注入的N元素在ZnO薄膜中形成的缺陷形式。要想得到p型改性的ZnO薄膜,就必须要求薄膜中有足够多的受主陷和受主杂质,且由于No是受主杂质而（X2）o是施主杂质,所以就要求等离子体中要提供丰富的N+才能形成足够多的受主缺陷。当采用注入气体为25%NO+75%O2的混合气体时,等离子体中占主导地位的离子是N+,N+在注入退火后占据氧空位能有效的提供空穴载流子,有助于实现ZnO薄膜的p型改性。而在其它气体氛围（如纯N2,纯NO）下,等离子体中施主特性的N2+远多于N+,ZnO薄膜的p型改性就受到抑制。
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标签：等离子体浸没离子注入论文; 半导体材料论文;