ZnO%3aZnS薄膜及其异质结紫外光电特性的研究.pdf

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1、分类号密级注1UDC学位论文ZnO：ZnS薄膜及其异质结紫外光电特性的研究（题名和副题名）李建国（作者姓名）指导教师姓名蒋向东副教授电子科技大学成都（职务、职称、学位、单位名称及地址）申请专业学位级别工学硕士专业名称光学工程论文提交日期2012.04论文答辩日期2012.05学位授予单位和日期电子科技大学答辩委员会主席评阅人年月日注1：注明《国际十进分类法UDC》的类号。万方数据独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经

2、发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。签名：日期：年月日论文使用授权本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后应遵守此规定）签名：导师签名：日期：年月日

3、万方数据摘要ZnO作为GaN后的第三代半导体材料，由于其宽带隙、成本低、易于制备，使其在光电子应用非常广泛，例如LED，激光二极管，紫外光探测器。尽管在紫外探测方面取得了一些列研究成果，但由于其本身的缺陷导致的慢光电响应仍是一个难题。但ZnO天然为n型半导体材料，为了实现ZnO在光电领域中的广泛应用，必须实现ZnO电导特性的控制和基于ZnO的能带工程，以满足制备高质量异质结、超晶格的要求。这就涉及到ZnO的掺杂改性，以形成n型和p型半导体或实现基于ZnO合金材料的能带调节。为了更好的利用ZnO，包括Mg及一些过渡元素的掺杂已被人

4、们广泛研究。但对于阴离子的掺杂却很少研究，尤其是Ⅶ族元素。S掺杂ZnO薄膜也许会有其他一些光学和电学性质，因为S具有较大的电负性以及S和O原子半径相差比较大。ZnS也为纤锌矿结构，晶格常数与ZnO相差不大，并且其能带结构与ZnO能带结构符合异质结要求，所以，通过掺杂和形成异质结来改善ZnO的紫外光电性能是一个很有意义的工作。本文具体研究工作如下：(1)概述了ZnO的研究进展、基本性质、能带结构、形态及缺陷等。(2)运用MaterialStudio5.5下的castep计算模块，对本征ZnO，S掺杂ZnO体系的能带结构、态密度、掺

5、杂杂质的形成能和浓度进行了计算和分析。结果表明S更倾向于替位O掺杂，且随S掺杂浓度薄膜带隙可调。S掺杂会在导带底引入潜能级，使掺杂薄膜载流子浓度提高。(3)运用磁控溅射法制备了不同S掺杂量的ZnO薄膜，对表征结果进行简要分2析后，着重研究了薄膜的紫外光电导性能，在紫外光功率为3500μw/cm的光作用下，其灵敏度约为4，响应时间小于3s。结果表明在一定量S掺杂浓度下，掺杂薄膜具有良好的光电导性能，透过率在可见光范围高于80%，有强烈的吸收边，载流子浓度比没掺杂的高出三个数量级左右。(4)查阅文献，论证了ZnO/ZnS异质结结构，

6、并用磁控溅射设备制备了该结构，结果表明该结构拥有良好的开光特性，但开启电压较小，为2V左右，样品紫外光响应特性明显，反向偏压下灵敏度约为10，响应时间再2.5s左右，具有应用潜力。关键词：ZnO，紫外光电导，能带调节，掺杂万方数据ABSTRACTABSTRACTZnOasathird-generationsemiconductormaterial,duetoitswidebandgap,lowcost,easypreparation,ithasaverywidelyusedinphotonicsapplications,such

7、asLEDs,laserdiodesandUVdetectors.ThoughUVdetectionhasmadeaseriesofachievements,itsinherentdefectwhichleadstoslowphotoresponseisstillaproblem.InordertoachieveabetterapplicationofZnOinoptoelectronicdevices,theconductancecharacteristicsandbandgapengineeringofZnOshouldbe

8、study,whichinvolvesn-typeorp-typedopingofZnOandbandadjustment.InordertomakebetteruseofZnO,Mgandtransitionelementsdopinghavebeenexte