论文题目: 氮化锌粉末和薄膜的制备及特性研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 微电子学与固体电子学
作者: 宗福建
导师: 马洪磊,薛成山
关键词: 氮化锌粉末,氮化锌薄膜,氮化法,磁控溅射法,结构特性,光学特性,稳定性,纳米结构,光学带隙
文献来源: 山东大学
发表年度: 2005
论文摘要: Juza和Hahn于1940年首次合成Zn3N2材料,并确定Zn3N2为黑色,具有反氧化钪（Sc2O3）结构,一种CaF2的派生结构。在这种结构中N原子占据Ca原子的位置,而Zn原子占据3/4 F原子的位置。此后的50余年对Zn3N2材料的研究一直处于停顿状态。Kuriyama等人1993年制备出多晶Zn3N2薄膜,该薄膜具有与氧化锌相近的光学带隙（3.2eV）。Partin等人1997年报道了氮化锌的结构。Futsuhara等人于1998年研究了Zn3N2薄膜的结构、电学和光学性质。该薄膜具有较小的光学带隙（1.23eV）。同年,Futsuhara等人还制备出ZnxOyNz薄膜。随着N元素的增加,该膜的光学带隙从3.26eV减小到2.30eV。 最近,浙江大学王超等将Zn3N2薄膜氧化处理,在退火温度为350～500℃时得到p型ZnO:N膜,但是当退火温度超过550℃时得到n型ZnO膜。东北师范大学Wang等用Zn3N2薄膜直接热氧化得到p型ZnO:N膜,并首次制备出Zn3N2/n-Si异质结结构,测量到了p-n结的整流特性。 综上所述,目前对Zn3N2材料的认识还很少,连Zn3N2材料的光学带隙仍争论不休,至今尚无定论。因此,Zn3N2材料的许多性质有待研究和揭示。 本文中,首次用纯锌粉末与高纯氨气在高温下直接反应制备氮化锌粉末,较系统地研究了氮化锌粉末的最佳制备条件、结构、成分、表面形貌和微结构。首次用计算机模拟了氮化锌的晶体结构。首次研究了氮化锌粉末在空气、氮气和去离子水中的热稳定性。首次以氮化锌粉末压制的圆盘为靶材,高纯氮气为反应气体,用磁控溅射法在硅和石英衬底上制备出高质量的氮化锌薄膜,研究了不同制备条件下氮化锌薄膜的结构性质和光学性质。 XRD谱表明高质量氮化锌粉末的最佳制备条件是:NH3气流量为500ml/min、氮化温度为600℃和氮化时间为120min。在该条件下制备的氮化锌粉末是体心立方,具有沿a方向滑移a/2距离的Ia（?）空间群结构,其晶格常数a为0.9769nm。温度低于500℃时不发生氮化反应,低于550℃时氮化不完全,高于650℃时Zn3N2粉末部分转化为ZnO粉末,高于750℃时Zn3N2粉末完全转
论文目录:
摘要
ABSTRACT
符号表
第一章 绪论
§1.1 概述
§1.2 氮化锌材料的研究进展
§1.3 氮化锌材料的性质
1.3.1 结构性质
1.3.2 电学性质
1.3.3 光学性质
§1.4 研究课题的选取
第二章 样品的制备及测试
§2.1 氮化锌粉末的制备
§2.2 氮化锌薄膜的制备
§2.2.1 射频磁控溅射系统
§2.2.2 溅射基本原理
§2.2.3 氮化锌靶的制备
§2.2.4 衬底的选择与处理
§2.2.5 氮化锌薄膜的制备
§2.3 测试方法介绍
§2.3.1 结构和成份测试分析
§2.3.2 表面形貌的观测
§2.3.3 光学性质的测量
§2.3.4 薄膜电学性质测量
§2.3.5 热分析技术
第三章 氮化锌粉末结构特性研究
§3.1 氮化锌粉末的制备
§3.2 氮化锌粉末的结构与成分
3.2.1 X-射线衍射谱
3.2.2 氮化锌晶体结构的计算机模拟
3.2.3 傅立叶红外吸收光谱
3.2.4 X-射线光电子能谱
3.2.5 拉曼(Raman)光谱
§3.3 氮化锌粉末的表面形貌
第四章 氮化锌粉末的稳定性研究
§4.1 氮化锌粉末在空气气氛中的热稳定性
4.1.1 氮化锌粉末的热重分析和差热分析
4.1.2 不同温度下退火样品的XRD
4.1.3 不同温度下退火样品的XPS
4.1.4 不同温度下退火样品的FTIR
§4.2 氮化锌粉末在氮气气氛中的热稳定性
§4.3 氮化锌粉末在去离子水中的稳定性
4.3.1 X射线衍射谱
4.3.2 傅立叶红外吸收光谱
4.3.3 X射线光电子发射谱
第五章 氮化锌薄膜的结构和光学特性
§5.1 氮化锌薄膜的制备
§5.2 氮化锌薄膜的结构性质
§5.3 氮化锌薄膜的光学性质
第六章 结论
§6.1 氮化锌粉末的制备及特性研究
§6.2 Zn_3N_2粉末的热稳定性研究
§6.3 Zn_3N_2薄膜的性质
参考文献
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致谢
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发布时间: 2006-05-30
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