【摘 要】
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第一代半导体材料(硅)和第二代半导体材料(砷化镓GaAs,磷化铟InP)由于禁带宽度较窄,已经不能适应半导体技术发展的要求。氧化锌(ZnO)和氮化镓(GaN)作为典型的宽禁带半导体材料成为当前研究的热点方向。由于GaN材料激子束缚能低,仅为22meV,不适合作为短波长发光器件,且其生长温度较高,不适合大规模生长。相比之下,ZnO禁带宽度为3.37eV,激子束缚能高达60meV,很适合作为短波长发光
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第一代半导体材料(硅)和第二代半导体材料(砷化镓GaAs,磷化铟InP)由于禁带宽度较窄,已经不能适应半导体技术发展的要求。氧化锌(ZnO)和氮化镓(GaN)作为典型的宽禁带半导体材料成为当前研究的热点方向。由于GaN材料激子束缚能低,仅为22meV,不适合作为短波长发光器件,且其生长温度较高,不适合大规模生长。相比之下,ZnO禁带宽度为3.37eV,激子束缚能高达60meV,很适合作为短波长发光器件,且其生长成本较低,适合大规模生长。制备ZnO薄膜的方法有很多,其中磁控溅射法制备的薄膜具有膜厚均匀,附着力强,生长速率可控等优点。本文主要利用磁控溅射法在Mo缓冲层上制备出了ZnO薄膜,并对制备出的薄膜进行了测试,分析了其结构、表面形貌和发光性能,同时还分析了薄膜生长过程中不同参数对于薄膜性能的影响。第一章首先介绍了ZnO材料的晶体结构、性质和用途,以及目前ZnO材料的研究进展和提高ZnO材料性能的一些常用方法。第二章首先介绍了制备ZnO薄膜材料的常用方法,分析了各种方法的优缺点;然后介绍了磁控溅射法用到的的设备及其原理;最后还介绍了本文所用到的几种薄膜测试设备:X射线衍射仪、扫描电子显微镜、原子力显微镜、荧光光谱仪。第三章通过直流磁控溅射法在不同的溅射电流下制备了一系列Mo薄膜。首先通过X射线衍射仪研究了薄膜的内部结构,证实了所制得薄膜为Mo单晶薄膜,利用高斯拟合和谢乐公式分析了薄膜的半高宽和晶粒大小;其次利用扫描电子显微镜分析了薄膜的表面和截面形貌,发现了薄膜内部为柱状结构,同时还利用原子力显微镜观察了薄膜表面的3d形貌及薄膜表面的粗糙度,通过对比找到了最适合作为缓冲层的Mo薄膜的溅射电流;最后利用四探针法分析了Mo薄膜的方阻,通过计算得到了Mo薄膜的电阻率,分析了不同溅射电流对薄膜生长速率和电阻率的影响。第四章首先利用射频磁控溅射法在Si衬底上制备了ZnO薄膜,利用x射线衍射仪、扫描电子显微镜、原子力显微镜分析了薄膜的结构、表面形貌和发光性能;然后在缓冲层Mo上制备了一系列ZnO薄膜,分析了添加缓冲层对薄膜结构、表面形貌和发光性能的影响,发现添加缓冲层后对薄膜的结晶质量和发光性能有明显的提升,但是薄膜表面的粗糙度有细微的下降。第五章利用磁控溅射法在不同的衬底温度和不同的溅射时间下制备了一系列ZnO/Mo/Si薄膜,并对其进行了表征,分析了不同的溅射参数对于薄膜的结晶性能、表面形貌和发光性能的影响。发现衬底温度的升高和溅射时间的增长可以进一步提升薄膜的结晶性能和发光性能。
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