MOCVD法制备锌锡氧薄膜及其特性研究

论文摘要

在科学技术日新月异的今天,半导体材料的发展经历了第一代以锗、硅为代表的元素半导体,第二代以砷化镓、磷化铟为代表的化合物半导体,第三代半导体材料则以氮化镓、碳化硅、氧化锌等宽禁带半导体为代表,它们一般具有更高的击穿电场、热导率、电子饱和速率和更高的抗辐射能力,因而更适合于制作高温、高频及大功率器件,其中的ZnO和SnO2等宽禁带半导体氧化物材料都是重要的光电子信息材料,在透明导电氧化物方面有很多的应用。透明导电氧化物（transparent conductive oxide简称TCO）薄膜主要包括In、Sb、Zn和Cd的氧化物及其复合多元氧化物薄膜材料。在透明导电氧化物薄膜的不同应用领域,对透明导电氧化物薄膜的性能提出了不同的要求。目前应用较多的是单掺杂的薄膜,用途有些局限,性能比较单一。每一种透明导电氧化物材料都具有各自的特性,不可能满足所有的应用要求。为了开发适合特殊用途的TCO薄膜,一些研究小组将各种TCO材料进行组合,制备出一些具有新特点的TCO薄膜。一些二元TCO材料（如ZnO、SnO2等）可以按各种比例组合、采用多种方法制成TCO薄膜,其性能与化学组分密切相关。Zn-Sn-O薄膜可以同时具有ZnO和SnO2的优点,它的化学稳定性与易刻蚀性及相关光电和结构等性质随组分的改变而改变。在一定的条件和一定的比例下,Zn-Sn-0可以形成新的三元TCO材料锡酸锌。锡酸锌根据不同的Zn和Sn的比例,有两种不同结构的晶体,分别是属于斜方六面体结构的ZnSnO3和立方相尖晶石结构的Zn2SnO4。本论文的研究工作及结果如下：1.MOCVD方法,以高纯（C2H5）4Sn作为锡源,高纯（C2H5）2Zn作为锌源,高纯02作为氧化剂,高纯N2作为载气,在蓝宝石（0001）衬底上制备了一定生长温度下Sn与Zn不同比例（原子比）的Zn-Sn-O薄膜。随后在锡锌比1：1的条件下进行了变温实验,温度范围为550-700℃。X射线衍射（XRD）测试结果显示,在特定的温度下,锡锌比分别为1：5、1：10和1：20时,只出现了ZnO（002）一个衍射峰,制备的薄膜为氧化锌六方纤锌矿结构；当锡锌比为1:1时,Zn-Sn-O薄膜呈现的是ZnSnO3（303）衍射峰,其晶体结构属三方晶系斜方六面体。分别对样品进行了扫描电子显微镜（SEM）、透过率和霍尔效应等测试,详细研究了薄膜的结构形貌特征、光学性质和电学性质。2.特定温度下,锌锡比1：10时生成ZnO薄膜,锌锡比1：1时生成ZnSnO3薄膜,分别对锌锡比为1：10和1：1的样品在空气中进行退火处理,退火温度为650℃和800℃。ZnO薄膜随退火温度的升高薄膜的晶体质量有所提高。ZnSnO3薄膜在退火温度为650℃时开始分解,退火温度为800℃时完全分解成Zn2SnO4和SnO2,这与ZnSnO3的热分解化学方程式是完全符合的,即2ZnSnO3（?）Zn2SnO4+SnO2

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 主要符号说明
• 第一章 引言
• 1.1 透明导电膜的研究背景及其应用
• 1.2 二氧化锡的性质
• 1.2.1 结构性质
• 1.2.2 光学性质
• 1.2.3 电学性质
• 1.3 氧化锌的性质
• 1.3.1 结构性质
• 1.3.2 光学性质
• 1.3.3 电学性质
• 1.4 锡酸锌的相关性质
• 1.5 透明导电氧化物薄膜的制备工艺
• 1.6 选题动机
• 第二章 金属有机化学气相沉积法及MOCVD系统
• 2.1 MOCVD法的基本原理
• 2.2 MOCVD法的特点
• 2.3 MOCVD系统
• 2.3.1 MOCVD系统概述
• 2.3.2 本实验的MOCVD系统
• 第三章 测试仪器及测试分析方法
• 3.1 结构和成分测试分析
• 3.2 薄膜表面形貌分析
• 3.3 光学性质的测量
• 3.4 电学性质的测量
• 第四章 锌锡氧薄膜的制备及其性质研究
• 4.1 薄膜的制备
• 4.1.1 实验准备
• 4.1.2 薄膜制备过程
• 4.2 Zn-Sn-O薄膜的结构性质
• 4.3 Zn-Sn-O薄膜的光学性质
• 4.4 Zn-Sn-O薄膜的表面形貌及成分分析
• 4.5 Zn-Sn-O薄膜的电学性质
• 4.6 退火对Zn-Sn-O薄膜的结构性质的影响
• 第五章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 学位论文评阅及答辩情况表