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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)
