PLD法制备氧化物异质结器件的研究

论文摘要

金属氧化物半导体因其具有优良的电、磁、光学等性能，被认为是可以拓展硅基器件功能的材料。其中ZnO是近十几年来非常热门的光电材料，而基于ZnO的异质结器件在光电探测、电致发光及太阳电池等许多领域具有良好的应用前景。本论文阐述了ZnO、NiO和Cu2ZnSnS4（CZTS）三种材料的结构、特点和研究进展，介绍了薄膜的沉积技术（PLD、磁控溅射和电子束蒸发）以及薄膜和器件的常规表征手段。制备了ZnO、NiO和CZTS靶材，利用PLD法在Si基片上制备了ZnO、NiO和CZTS薄膜，利用X射线衍射（XRD）和原子力显微镜（AFM）对薄膜的结晶质量和表面形貌进行了表征。在Si（111）基片上制备了p-NiO/n-ZnO异质结器件。研究了金属与半导体之间的接触问题，采用电子束蒸发法沉积Ti金属制备了器件的电极。使用AFM表征了ZnO薄膜的表面形貌，测试了p-NiO/n-ZnO器件的I-V特性，器件的理想因子为4，对光照的响应迅速。在Si（100）基片上制备了CZTS/ZnO和CZTS/ZnO/AZO两种结构器件，采用磁控溅射沉积Mo金属作为器件电极。测试了器件的I-V特性，并通过改变ZnO薄膜层的厚度来研究其对器件特性的影响。实验结果表明，ZnO层较薄时CZTS/ZnO/AZO器件的I-V特性好，串联电阻的影响小。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 致谢
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 ZnO
• 1.2.1 ZnO 的结构
• 1.2.2 ZnO 在光电方面的优点
• 1.2.3 ZnO 的研究进展
• 1.3 NiO
• 1.3.1 NiO 的结构
• 1.3.2 NiO 材料的应用
• 1.3.3 PLD 法制备 NiO 薄膜的研究进展
• 2ZnSnS₄（ CZTS）'>1.4 Cu₂ZnSnS₄（ CZTS）
• 1.4.1 CZTS 结构
• 1.4.2 CZTS 的研究进展
• 1.5 pn 结
• 1.5.1 pn 结的应用
• 1.5.2 pn 结的发展
• 1.6 晶体二极管的基本原理
• 1.6.1 整流特性
• 1.6.2 击穿特性
• 1.7 太阳能电池的基本原理
• 1.8 本论文主要内容
• 第二章 薄膜的沉积技术与表征手段
• 2.1 脉冲激光沉积（ PLD ）技术
• 2.1.1 PLD 原理
• 2.1.2 脉冲激光沉积的优缺点
• 2.1.3 PLD 法制备 ZnO 薄膜的发展
• 2.1.4 实验所用的脉冲激光沉积设备
• 2.2 磁控溅射（ Magnetron Sputtering）
• 2.2.1 磁控溅射原理
• 2.2.2 磁控溅射的优点
• 2.2.3 实验所用磁控溅射设备
• 2.3 电子束蒸发（ Electron Beam Evaporation）
• 2.3.1 电子束蒸发的优缺点
• 2.3.2 实验所用电子束蒸发设备
• 2.4 薄膜和器件的表征手段
• 2.4.1 X 射线衍射（ X-ray diffraction）
• 2.4.2 原子力显微镜（ Atomic Force Microscope）
• 2.4.3 扫描电子显微镜 （ Scanning Electron Microscope）
• 2.4.4 电学特性测试
• 2.4.5 四探针测试
• 第三章 ZnO、 NiO 和 CZTS 薄膜的制备
• 3.1 靶材的制备
• 3.1.1 ZnO 和 NiO 靶材的制备
• 3.1.2 CZTS 靶材的制备
• 3.2 靶材的表征
• 3.3 Si 基片上制备 ZnO 薄膜
• 3.4 Si 基片上沉积 NiO 薄膜
• 3.5 Si 基片上沉积 CZTS 薄膜
• 3.6 本章小结
• 第四章 NiO/ZnO 异质结器件的制备
• 4.1 金属与半导体的接触理论
• 4.2 电极的制备
• 4.3 器件的结构
• 4.4 器件的制备
• 4.5 四探针测试
• 4.6 ZnO 层的表面形貌
• 4.7 器件的 I - V 测试
• 4.8 本章小结
• 第五章 CZTS/ZnO 异质结器件的制备
• 5.1 电极的制备
• 5.2 CZTS/ZnO 结构
• 5.3 CZTS/ZnO/AZO 结构
• 5.3.1 ZnO 薄膜层沉积 30 min
• 5.3.2 ZnO 薄膜层沉积 15 min
• 5.4 本章小结
• 第六章 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文