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1、西安科技大學(xué)碩士學(xué)位論文ZnMgO薄膜及其異質(zhì)結(jié)的制備及光電性能研究專(zhuān)業(yè)名稱(chēng):物理電子學(xué)作者姓名:程潔菲指導(dǎo)教師:趙省貴論文題目:ZnMgO薄膜及其異質(zhì)結(jié)的制備及光電性能研究專(zhuān)業(yè):物理電子學(xué)碩士生:程潔菲(簽名)指導(dǎo)老師:趙省貴(簽名)摘要本文采用脈沖激光沉積(PLD)法分別在r面藍(lán)寶石和p-Si基片上制備了Zn1-xMgxO(x=0.1、0.3、0.5、0.7、0.9)薄膜和n-Zn0.5Mg0.5O/p-Si異質(zhì)結(jié),通過(guò)X射線(xiàn)衍射(XRD)、原子力顯微鏡(AFM)、拉曼光譜、光致發(fā)光(PL)譜、透射光譜、吸收光譜對(duì)所制備的薄膜進(jìn)行了表征和性能分析,探討了Mg摻雜量對(duì)薄膜結(jié)構(gòu)
2、、形貌及光電特性的影響。并在制備n-Zn0.5Mg0.5O/p-Si異質(zhì)結(jié)的基礎(chǔ)上系統(tǒng)研究了其伏安特性及激光能量對(duì)異質(zhì)結(jié)器件瞬態(tài)光響應(yīng)特性的影響。主要的工作及結(jié)果如下:(1)采用溶膠凝膠法制備Zn1-xMgxO陶瓷靶材,并對(duì)Zn1-xMgxO陶瓷靶材的燒結(jié)工藝進(jìn)行了改進(jìn)。將Mg摻雜ZnO坯體在500℃和1100℃下分別保溫2h,最終在1300℃燒結(jié)5h,獲得了組織均勻、致密的Zn1-xMgxO陶瓷靶材。(2)Zn1-xMgxO薄膜的X射線(xiàn)衍射(XRD)圖譜和拉曼光譜表明,Mg含量不同的Zn1-xMgxO薄膜分別具有兩種不同的晶格結(jié)構(gòu),當(dāng)Mg摻雜量x≤0.3時(shí),Zn1-xMgxO薄膜仍然
3、保持著六角纖鋅礦結(jié)構(gòu),當(dāng)x≥0.5時(shí),Zn1-xMgxO薄膜轉(zhuǎn)變?yōu)榱⒎较嘟Y(jié)構(gòu)。隨Mg摻雜量的增加,Zn1-xMgxO薄膜的主要衍射峰向大角度方向漂移。(3)Zn1-xMgxO薄膜的光致發(fā)(PL)光譜表明,Zn1-xMgxO薄膜具有較強(qiáng)的近帶邊紫外發(fā)光和較弱的可見(jiàn)光發(fā)射。隨著摻雜量的增多,紫外發(fā)射峰的峰值與可見(jiàn)光發(fā)射峰的峰值之比R=PU/PV比值先減小后增大,在Mg摻雜量為90%時(shí),達(dá)到最大,約為8.5。(4)采用透射光譜和吸收光譜兩種方法計(jì)算得到了Zn1-xMgxO薄膜的禁帶寬度。結(jié)果表明,當(dāng)x=0.1、0.3和0.5時(shí),Zn1-xMgxO薄膜的禁帶寬度分別達(dá)到3.37eV、4.29e
4、V和5.19eV,即當(dāng)Mg摻雜量達(dá)0.5時(shí),Zn1-xMgxO禁帶寬度已達(dá)到日盲波段。(5)n-Zn0.5Mg0.5O/p-Si異質(zhì)結(jié)室溫下的I-V測(cè)試表明,異質(zhì)結(jié)具有較好的二極管整流特性,開(kāi)啟電壓為0.72V,反向飽和電流為6.4×10-10A,1V偏壓下的整流比RF(IF/IR)達(dá)到2.5×102。(6)n-Zn0.5Mg0.5O/p-Si異質(zhì)結(jié)室溫下的整流曲線(xiàn)呈現(xiàn)出較大的理想因子,與常規(guī)二極管的理想因子相差甚遠(yuǎn),本文提出了等效二極管的模型解釋這一反?,F(xiàn)象:在一定電壓范圍內(nèi)將In/n-MZO/p-Si/In異質(zhì)結(jié)器件等效成正偏的n-ZnO/p-Si異質(zhì)結(jié)二極管、反偏的In/p-Si
5、肖特基二極管和大小可以忽略的In/n-ZnO接觸電阻的串聯(lián)。每個(gè)二極管具有不同的反向飽和電流和理想因子,外部測(cè)量得到的異質(zhì)結(jié)器件的理想因子是各個(gè)二極管的理想因子之和。由于反偏I(xiàn)n/Si肖特基二極管的理想因子很大(>>2),所以異質(zhì)結(jié)器件出現(xiàn)較大的理想因子。(7)n-Zn0.5Mg0.5O/p-Si異質(zhì)結(jié)器件在室溫下具有較強(qiáng)的紫外-可見(jiàn)光伏響應(yīng)。隨著激光能量由192mJ降至78mJ,異質(zhì)結(jié)的光伏響應(yīng)信號(hào)逐漸增強(qiáng),在78mJ處有最大的峰值電壓100mV。分析認(rèn)為是由于耗盡區(qū)寬度變寬以及器件中載流子濃度降低導(dǎo)致的。關(guān)鍵詞:Zn1-xMgxO薄膜;n-Zn0.5Mg0.5O/p-Si異質(zhì)結(jié);整
6、流特性;光伏效應(yīng);PLD研究類(lèi)型:基礎(chǔ)研究本課題得到陜西省教育廳自然科學(xué)研究項(xiàng)目(項(xiàng)目編號(hào):2010JK673)、陜西省凝聚態(tài)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放課題資助。本課題得到陜西省教育廳自然科學(xué)研究項(xiàng)目(項(xiàng)目編號(hào):2010JK673)、陜西省凝聚態(tài)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放課題資助。Subject:InvestigationonthePreparationandPhotovoltaicPropertiesofZnMgOThinFilmsandZnMgO/p-SiHeterojunctionSpecialty:PhysicalElectronicsName:ChengJieFei(Signat
7、ure)Instructor:ZhaoShengGui(Signature)ABSTRACTInthisthesis,weinvestigatedthestructuralandphotovoltaicpropertiesofZn1-xMgxO(x=0.1、0.3、0.5、0.7、0.9)thinfilmsandZn0.5Mg0.5O/p-Siheterostructurepreparedbypulsedlaserdeposition(PLD)