離子注入摻雜ZnO薄膜結(jié)構(gòu)和物性研究.pdf

1、ZnO是一種直接帶隙寬禁帶半導(dǎo)體材料，在光電子器件領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。同時，ZnO還有望成為稀磁半導(dǎo)體材料。本文采用離子注入的方式將P離子分別摻雜到ZnO以及ZnO:B薄膜中、將Fe、C離子依次注入到純ZnO薄膜中。分別利用X-射線衍射（XRD）、X-射線光電子能譜（XPS）、光致發(fā)光譜（PL）、紫外-可見吸收譜（UV-vis）以及物理性質(zhì)測量系統(tǒng)（PPMS）等主要測量手段對樣品的結(jié)構(gòu)、光學(xué)、電學(xué)和磁性質(zhì)進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。
　

2、　首先，采用磁控濺射法生長在石英玻璃上的ZnO薄膜電阻率很大。當(dāng)把能量/劑量分別為：150keV/1.5×1015ions/cm2，80keV/5.5×1014ions/cm2，和35keV/2.5×1014ions/cm2的P離子依次注入后樣品呈現(xiàn)出空穴導(dǎo)電，但是載流子的濃度較低。經(jīng)過500oC退火后，多能量、多劑量P離子注入的樣品中空穴載流子的濃度急劇上升，而單能量、單劑量（150keV/1.5×1015ions/cm2）P離子注入

3、的樣品和ZnO參考樣品表現(xiàn)為n型導(dǎo)電。經(jīng)過700oC退火處理后，各類樣品的電阻率都變得非常大，超過了測量極限。同時我們對各類樣品的結(jié)構(gòu)、光學(xué)性質(zhì)也進(jìn)行了系統(tǒng)的比較和研究，可能是PO和（或）VZn對多能量、多劑量P離子注入的樣品中的電學(xué)性質(zhì)起了重要的影響。
　　其次，采用MOCVD法制備的ZnO:B薄膜的結(jié)晶質(zhì)量較高，沿（110）方向擇優(yōu)生長。將能量40keV，劑量5.0×1014ions/cm2的P離子注入后，對薄膜的結(jié)構(gòu)沒有造成

4、明顯的影響。當(dāng)注入劑量分別增大到2.5×1015ions/cm2和1×1016ions/cm2時，ZnO（110）衍射峰的強(qiáng)度有所降低，半高寬均增大。而且P離子注入之后，樣品在可見光區(qū)的透射率明顯下降。ZnO:B薄膜的電阻率較低，隨著P離子劑量的增加，電阻率逐漸增大，當(dāng)注入劑量達(dá)到1×1016ions/cm2時，電阻率增大到了0.37?cm。
　　最后，以玻璃為基底的ZnO薄膜室溫下具有磁性。當(dāng)把能量為120keV，劑量為5×10