MOCVD法制備摻雜SnO-,2-薄膜及特性研究.pdf

1、隨著科技的進(jìn)步，半導(dǎo)體材料的發(fā)展經(jīng)歷了第一代以鍺、硅為代表的元素半導(dǎo)體，第二代以GaAs、InP為代表的化合物半導(dǎo)體，現(xiàn)在人們?cè)絹碓疥P(guān)注第三代半導(dǎo)體。第三代半導(dǎo)體材料，即寬帶隙半導(dǎo)體材料，在高溫、高頻大功率器件和短波長(zhǎng)光電子器件方面具有前兩代半導(dǎo)體所不能比擬的潛力，是目前世界半導(dǎo)體材料和器件研究領(lǐng)域中的熱點(diǎn)。在電子器件方面，對(duì)SiC和GaN的研究較為成熟，在發(fā)光器件方面，對(duì)Ⅲ族氮化物和ZnO基化合物的研究較多?，F(xiàn)在，SnO2受到越來越多

2、的關(guān)注。SnO2是一種直接帶隙寬禁帶半導(dǎo)體材料，跟其他材料相比，SnO2有顯著的優(yōu)點(diǎn)。一是禁帶寬度大、激子束縛能高，在室溫下分別是3.6eV和130meV；二是制備溫度低、化學(xué)穩(wěn)定性好。因此，SnO2是一種優(yōu)良的短波長(zhǎng)發(fā)光材料候選者。作為一種優(yōu)良的功能性材料，SnO2薄膜在透明導(dǎo)電氧化物（TCO）薄膜和化學(xué)氣敏傳感器等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，但在發(fā)光器件方面未見報(bào)道。一個(gè)原因是通過普通方法（如磁控濺射、CVD、噴涂等）制備的SnO2薄膜晶體

3、質(zhì)量不高，含有較多缺陷，發(fā)光特性差，不適于制作半導(dǎo)體發(fā)光器件。另一個(gè)原因是SnO2的p型化遇到了困難，雖然已有p型SnO2的報(bào)道，但是其薄膜質(zhì)量不高，電學(xué)性質(zhì)不理想，仍然不適于制作發(fā)光器件。令人高興的是近兩年在高質(zhì)量SnO2的制備方面取得了一定成果，已經(jīng)制備出單晶SnO2薄膜和單晶In摻雜SnO2薄膜，在室溫下觀測(cè)到電子由導(dǎo)帶到價(jià)帶躍遷引起的紫外發(fā)光峰，但是作者沒有報(bào)道摻雜物質(zhì)對(duì)SnO2薄膜電學(xué)性質(zhì)的影響。在這樣的背景下，本論文研究了M

4、OCVD方法制備摻雜SnO2薄膜及其特性。 本論文的研究工作及結(jié)果如下： 1.采用MOCVD方法，以高純（C2H5）4Sn作為錫源，高純（C2H5）2Zn作為鋅源，高純O2作為氧化劑，高純N2作為載氣，分別在藍(lán)寶石（0001）、硅（111）和石英襯底上制備了1％（原子比）Zn摻雜SnO2薄膜（SnO2：Zn薄膜）。XRD圖譜顯示，在硅（111）和石英襯底上制備的SnO2：Zn薄膜，出現(xiàn)了（110）、（211）、（220）

5、和（321）多個(gè)衍射峰，為SnO2四方金紅石結(jié)構(gòu)的多晶薄膜；在藍(lán)寶石（0001）襯底上制備的薄膜只出現(xiàn)（200）一個(gè)衍射峰，具有沿a軸的擇優(yōu)取向性。測(cè)試結(jié)果表明在藍(lán)寶石（0001）襯底上制備的薄膜具有良好的薄膜質(zhì)量。 2.采用MOCVD方法，在藍(lán)寶石（0001）襯底上制備了1-10％摻雜SnO2：Zn薄膜。制備的薄膜均為SnO2四方金紅石結(jié)構(gòu)和沿a軸擇優(yōu)生長(zhǎng)取向。樣品的光學(xué)透射譜表明，薄膜在可見光范圍內(nèi)的透過率大于80％。根據(jù)吸

6、收系數(shù)。光子能量的關(guān)系曲線計(jì)算得到薄膜的光學(xué)帶隙范圍是3.54eV-3.56eV。根據(jù)薄膜透射譜的干涉條紋計(jì)算出薄膜厚度為1-1.4μm，計(jì)算了不同摻雜濃度薄膜的折射率和波長(zhǎng)的關(guān)系。通過X射線光電子能譜（XPS）測(cè)試分析了薄膜的成分。用四探針法和范德堡法測(cè)試了薄膜的電學(xué)性質(zhì)并對(duì)其進(jìn)行了分析。分析了空氣中退火對(duì)薄膜結(jié)構(gòu)性質(zhì)和光學(xué)性質(zhì)的影響。 3.采用MOCVD方法，在藍(lán)寶石（0001）襯底上制備了未摻雜SnO2薄膜和1-12％摻雜