非金属元素(F,S, Se,Te)掺杂对ZnO/graphene肖特基界面电荷及肖特基调控的理论研究

本文基于第一性原理系统研究了非金属元素F、S、Se、Te掺杂对ZnO/graphene异质结界面相互作用及其电子结构的影响。结果表明,ZnO/graphene异质结层间以范德瓦耳斯力结合形成了稳定的异质结,并且形成了n型肖特基势垒。差分电荷密度图表明graphene层的电子向ZnO层转移,使得graphene层表面带正电,ZnO层表面带负电,在界面处形成了内建电场。当掺入F原子时,异质结呈现欧姆接触;当掺入S、Se、Te原子时,异质结肖特基的接触类型均由n型转变为p型,且有效降低了肖特基势垒的高度,特别是Te原子掺入后,p型肖特基势垒高度降低至0.48 eV,提升了电子的注入效率。本文的研究结果将对相关的场效应晶体管的设计和制造提供一定的参考。     

宽温区内ZnO纳米线的CVD可控生长方法研究

以Zn粉为材料,采用CVD法在宽温区内可控生长ZnO纳米线.利用SEM对产物进行了微观分析,考察了反应温度与升温时间对ZnO纳米线形貌的影响.用ZnO纳米线制成光电导型紫外光探测器,并测试了该器件的性能,考察了所得ZnO纳米线的光电特性.研究工作表明:用CVD法制备ZnO纳米线时的反应温度不限于某一个特定值,而是常压下在419.5℃以上的温区内均可进行,该宽温区ZnO纳米线CVD合成法的关键在于优化和匹配生长温度与加热时间两个参数.对紫外光探测器的性能测试结果表明,ZnO纳米线具有良好的紫外光电响应特性.     

ZnO过渡层对Au/Hg3In2Te6肖特基接触特性的影响研究

利用脉冲激光沉积技术在Hg3In2Te6晶体表面制备ZnO过渡层,并对ZnO过渡层进行了表征.结合X射线光电子能谱深度剖析对ZnO/Hg3In2Te6界面元素的化合态进行研究,并通过半导体参数分析仪对Au/ZnO/Hg3In2Te6肖特基接触电学特性进行测试.研究结果表明,采用本实验条件可在Hg3In2Te6晶体表面获得结晶度高、表面粗糙度低,且沿(002)晶面择优生长的ZnO过渡层.同时,ZnO过渡层的引入使Au/Hg3In2Te6肖特基接触的漏电流降低一个数量级,势垒高度提高6.5;.这种现象可能是由于ZnO/Hg3In2Te6界面存在的互扩散使O原子占据了Hg原子空位,从而降低耗尽层中能级缺陷而引起.     

TiN、Ti插入层对ITO与GaN欧姆接触性能影响的研究

透明半导体铟锡氧化物(ITO)作为电极能够降低光导开关电极边缘电流集聚效应和提高脉冲激光的利用率。本文通过在ITO与GaN界面之间分别插入10 nm的Ti与TiN,研究Ti、TiN对ITO与GaN欧姆接触性能的影响。I-V测试结果表明，随着退火温度升高，插入TiN的光导开关一直保持欧姆接触特性，而插入Ti的光导开关由欧姆接触转变为肖特基接触。通过TEM测试发现，当以Ti作为插入层时，ITO通过插入层向插入层与GaN的界面扩散，在接触界面形成Ti的氧化物及空洞。透射光谱显示，不同退火温度下插入Ti层的透过率均低于38.3%,而以TiN作为插入层时透过率为38.8%～55.0%。因此含有TiN的光导开关具有更稳定的电学性能和更高的透过率，这为GaN光导开关在高温高功率领域的应用提供了参考。     

In2O3(ZnO)m超晶格纳米线的制备和性质

通过热蒸发ZnO和In粉末用化学气相沉积的方法合成了一维In2O3( ZnO)m超晶格纳米线,利用场发射扫描电子显微镜、透射电子显微镜对它们的结构和成分进行了表征.结果表明,In2O3 (ZnO)m超晶格纳米线是In-O层和In/Zn-O层沿着([1010])方向交替堆叠而成的.讨论了In2O3( ZnO)m超晶格纳米线形成的机制和光致发光特性.     

Ti/Au复合电极在CdZnTe (111)B面上的表面结构与性能研究

近年来,碲锌镉(CdZnTe)材料制成的探测器已经成为研究热点,适当的接触特性已经成为提高探测器性能的关键问题。本文主要探讨了弱n型CdZnTe晶体(111)B面Ti/Au复合电极的欧姆接触性能,采用两步沉积工艺制备Ti/Au复合电极。通过AFM、FIB/TEM、XPS、I-V等测试方法研究了电极与CdZnTe的界面结构、化学成分和电学性能。结果表明,Ti过渡层的引入可以减轻和改善晶片抛光过程中形成的损伤层,增加了电极与晶体之间的欧姆特性。相比于CdZnTe (111)B面上的Cr/Au复合电极,Ti/Au复合电极的粗糙度更低、接触界面更平整,晶格失配层厚度也更低。Ti中间层促进了金/半界面的互扩散现象, 有利于增加黏附性和降低肖特基势垒,并且在Ti/Au复合电极与CdZnTe接触的界面上没有观察到氧元素的存在。I-V测试表明Ti/Au复合电极具有更加良好的欧姆特性和更低的肖特基势垒。     

n型GaAs欧姆接触电极制备工艺

目前,n型GaAs欧姆接触电极的制备方法以蒸镀法为主,然而该方法具有设备价格高、浪费电极材料的缺点。本文采用离子溅射法制备了n型GaAs的欧姆接触电极AuGeNi/Au,通过优化制备过程,可获得表面光滑平整、成分均匀无偏析的电极层。400 ℃氩气气氛下退火处理后,电极与GaAs之间由肖特基接触变为欧姆接触,极间电阻降为原来的1/20。退火温度在400~500 ℃时可得到很小的比接触电阻率(10^-6 Ω·cm²),有利于半导体器件工作稳定性的提高,降低能耗。退火温度低于400 ℃或高于500 ℃后比接触电阻率都较大,这分别与欧姆接触未形成以及Au-Ge合金的“球聚”有关。该制备方法和过程的优点为:设备成本低、流程简便、节省电极材料,具有良好的经济效益和实用价值,适合科研实验室使用。     

In掺杂量对ZnO薄膜微结构和光学性质的影响

采用溶胶-凝胶法分别制备未掺杂和In掺杂ZnO薄膜,用X射线衍射仪、扫描电镜和紫外可见分光光度计测试分析薄膜的微结构、表面形貌和光学性质.结果表明:In掺杂ZnO薄膜仍为六角纤锌矿结构,但In的掺入抑制ZnO薄膜的结晶,使得薄膜的结晶度降低.In掺杂ZnO薄膜表面呈网络状结构,随着In掺杂量的增加,表面起伏程度减小,空隙减少,表面平整,致密度提高.In掺杂ZnO薄膜的光学带宽Eg值均小于未掺杂ZnO薄膜,且随In掺杂量的增加先增大后减小,并用Burstein-Moss效应和缺陷浓度变化对光学带宽变化进行了解释.     

电极材料对碘化汞(α-HgI2)晶体Ⅰ-Ⅴ特性的影响

利用Aligent4155型CVIV测试仪分别对Au/HgI2、AuCl3(Au)/HgI2、C(石墨)/HgI2接触的,Ⅰ-Ⅴ特性进行了测定,对比研究了不同电极材料与α-HgI2晶体所形成的接触特性,并利用热电子发射理论对实验结果进行了分析.结果表明,AuCl3和C均能与HgI2形成良好的欧姆接触,其欧姆特性系数分别为1.0291和0.9380,接触电阻分别为3.0×108Ω和1.0×108Ω;而溅射Au与Hg2接触的欧姆特性较差,欧姆系数约为0.8341,接触电阻为3.5×109Ω.这说明AuCl3,在HgI2表面形成了重掺杂,产生显著的隧道电流,从而形成了较理想的欧姆接触.C(石墨)化学性能稳定,电极制备工艺没有影响晶体表面质量,因此C(石墨)/HgI2接触电阻最小,并具有良好的欧姆特性.而溅射Au过程中由于温度升高引起晶体表面HgI2分子的挥发,造成晶体表面质量下降,导致Au/HgI2接触的欧姆特性变差.     

ZnO纳米线/纳米棒混合阵列的制备及其光致发光性能研究

使用无催化剂热蒸发法,在ZnO/Si薄膜衬底上制备了ZnO纳米线/纳米棒混合阵列.其中,纳米线的直径为10～20nm,纳米棒的直径为60～160 nn,二者混合在一起垂直生长于衬底表面.从衬底的上游到下游位置,混合,阵列中纳米线的含量逐渐下降,纳米棒逐渐增多.室温光致发光测试发现尺寸较小的纳米线阵列的紫外光发光强度比大尺寸纳米棒阵列高约5倍.持续激发光照射下,纳米线阵列的发光强度逐渐上升,停止光照后又逐渐下降到初始值,这可以用纳米线表面O2分子的解吸附和吸附过程来理解.     

Pt/Hg3In2Te6接触的温度特性研究

运用直流平面磁控溅射技术在Hg3In2Te6单晶表面制备Pt金属电极,形成Pt/Hg3In2Te6接触,采用I-V测试仪在120~260 K温度范围内对其I-V特性进行测量.根据热电子发射模型,计算得到了Pt/Hg3In2Te6的肖特基势垒高度.结果表明:Pt/Hg3In2Te6形成具有整流特性的肖特基接触,肖特基势垒高度为0.46 eV.在120~260 K温度范围内,理想因子随温度增大逐渐从2.93减小至1.42.将Hg3In2Te6单晶制成红外探测器,发现了响应光谱在波长1.55 μm处峰值达到最大,在室温下峰值探测率D* 达到了1011 cm·Hz1/2·W-1.     

In掺杂ZnO光学性质的第一性原理研究

采用线性缀加平面波的方法,对In元素掺杂ZnO电子结构和光学性质进行研究.计算结果表明:掺In后价带上部分折叠态增加,禁带宽度变窄.不同量In掺杂ZnO与未掺杂时相比,折射率、反射率及消光系数均有明显变化,介电函数虚部向高能量方向移动,而折射率、反射率、吸收系数、消光系数均向低能量方向移动.从理论上指出了光学性质和电子结构之间的联系.     

基于CVD自组装生长氧化锌半导体纳米结构的光电导紫外探测器研究

报道了一种基于自组装生长ZnO纳米结构的光电导型紫外探测器.首先,在石英衬底上制备银叉指电极,然后溅射ZnO纳米薄膜形成一种共面光电导型金属-半导体-金属(MSM)结构,再利用低压CVD生长方法进行ZnO纳米线的原位生长,从而在器件顶部形成了ZnO纳米线垂直阵列和其上交错排列ZnO纳米线所构成的双层ZnO纳米线结构.这种器件底部的ZnO薄膜既是MSM光电导器件的电荷传输层,也同时作为上层ZnO纳米结构自组装生长的籽晶层,顶部的ZnO纳米结构层作为紫外光敏感层,测试结果表明该器件具有光响应速度快、光响应电流大和良好的紫外响应可分辨特性.研究表明,相比于单根ZnO纳米线光电导紫外器件而言,基于ZnO纳米结构膜层的光电导紫外探测器能够大幅度提高可测光响应电流.     

Tb掺杂的非晶碳膜/GaAs/Ag异质结的光敏特性研究

采用脉冲激光沉积方法在低阻GaAs上制备了Tb掺杂的非晶碳膜(a-C∶ Tb)/GaAs p-n结.利用Ag与GaAs 之间的肖特基接触特性,构成了a-C∶Tb/GaAs p-n结与Ag/GaAs肖特基结的反向串联结构.该异质结具有红光敏感特性,室温在光强为45 mW/cm2光照下的光灵敏度达到近1000.Tb掺杂大大提高了光灵敏度.     

ZnO/GaN核/壳异质结纳米线能带结构和电荷分离的理论研究

采用密度泛函第一性原理的方法计算了 GaN纳米线、ZnO纳米线及其核/壳纳米线结构的能带结构,价带顶(VBM)和导带底(CBM)的电荷分布.计算表明本征GaN和ZnO纳米线材料VBM和CBM所对应电荷分布较为分散,且与直径关系不大,形成不了II型半导体电荷分离效应.GaN和ZnO组成的核/壳纳米线均保持本征GaN和ZnO纳米线的直接带隙性质.在ZnO包裹GaN的核壳纳米线结构中,不同比例的ZnO和GaN之间电荷转移均不明显, VBM和CBM电荷分布基本都是由壳层的ZnO的O原子占据,难于实现VBM和CBM电荷空间分离.在GaN包裹ZnO的核壳纳米线结构中,VBM电荷和CBM电荷分布分别主要由壳层的N原子占据和核层的O原子占据,同时ZnO和GaN之间的电荷转移量相对较大,容易形成较大的核壳内置电场,有利于促进空间电荷分离,并且随着ZnO的比例增加电荷转移量也相应增加,能有效的促进电荷分离有利于制备成 II型半导体.     

铟镓共掺杂对n-ZnO纳米棒/p-GaN异质结生长行为和光电性能的影响

利用低温水热法在p-GaN薄膜上生长了铟(In)和镓(Ga)共掺杂的ZnO纳米棒。X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)和X射线能量色谱仪(EDS)结果表明,In和Ga已固溶到ZnO晶格中。扫描电子显微镜(SEM)结果表明, ZnO纳米棒具有良好的c轴取向性,随着In和Ga共掺杂浓度的增加,纳米棒的直径减小,密度增加。XRD结果表明,In和Ga共掺杂引起ZnO晶格常数增大,导致(002)衍射峰向低角度方向偏移。同时,ZnO的光学性质受到In和Ga共掺杂的影响。与纯ZnO相比, 共掺杂ZnO纳米棒的紫外发射峰都出现轻微红移,这是表面共振和带隙重整效应综合作用的结果。I-V特性曲线表明,随着In和Ga共掺杂浓度的增加,n-ZnO纳米棒/p-GaN异质结具有更好的导电性。     

铟掺杂的氧化锌纳米带的制备和发光特性

以混合的ZnO粉和金属In作为前驱物,通过化学气相沉积方法在Si衬底上合成了In掺杂的ZnO纳米带.利用场发射扫描电子显微镜、透射电子显微镜以及附带的能谱仪对它们的结构和成分进行了表征.结果表明,ZnO纳米带沿<1010>方向生长;In的掺杂浓度是21;原子分数.讨论了ZnO纳米带的形成机制和光致发光特性.     

电极材料对碘化汞（α-HgI2）晶体I-V特性的影响

利用Aligent4155型CVIV测试仪分别对Au／HgI2、AuCl3（Au）／HgI2、C（石墨）／HgI2接触的I-V特性进行了测定,对比研究了不同电极材料与α—HgI2晶体所形成的接触特性,并利用热电子发射理论对实验结果进行了分析。结果表明,AuCl3和C均能与HgI2形成良好的欧姆接触,其欧姆特性系数分别为1．0291和0．9380,接触电阻分别为3．0&#215;10^8Ω和1．0&#215;10^8Ω;而溅射Au与HgI2接触的欧姆特性较差,欧姆系数约为0．8341,接触电阻为3．5&#215;10^9Ω。这说明AuCl3在HgI2表面形成了重掺杂,产生显著的隧道电流,从而形成了较理想的欧姆接触。C（石墨）化学性能稳定,电极制备工艺没有影响晶体表面质量,因此C（石墨）／HgI2接触电阻最小,并具有良好的欧姆特性。而溅射Au过程中由于温度升高引起晶体表面HgI2分子的挥发,造成晶体表面质量下降,导致Au／HgI2接触的欧姆特性变差。     

退火温度对In2O3（ZnO）m超晶格纳米线的拉曼光谱的影响

采用化学气相沉积方法,在硅衬底上合成了In2O3(ZnO)m超晶格纳米线。扫描电镜的测试结果表明,纳米线的直径和长度分别在80～100 nm和15～25μm之间。透射电镜图像显示,In-O层与In/Zn-O block沿纳米线生长方向<0001>交替堆垛。在不同温度下对样品进行退火并利用拉曼散射技术对处理后的样品进行研究。研究结果发现随退火温度的提高,材料中的VO和Zni减少,AM模和A1(LO)模的逐渐频移到571 cm-1和619 cm-1位置,峰型对称性增强,即退火使In2O3(ZnO)m超晶格纳米线的晶体质量明显提高。最佳的退火温度为1000℃。     

Cu/Hg3In2Te6欧姆接触形成机制的研究

采用电流-电压特性测试和X射线光电子能谱测试对Cu/Hg3In2Te6接触特性及其形成机制进行了研究.研究发现,当所加电压不超过10 V时,Cu/Hg3In2Te6接触的电流-电压特性曲线均呈现出良好的线性关系,表现为欧姆接触特性.经拟合,在1V、3V、5V和10 V电压下的Cu/Hg3In2Te6接触的欧姆特性系数分别为0.99995、0.99981、0.99968和0.99950.当电压增加至12 V及以上时,由于Cu/Hg3In2Te6接触势垒被击穿,导致Cu/Hg3In2Te6欧姆接触被破坏.通过X射线光电子能谱深度剖析,发现界面处的元素存在显著的扩散现象,因而导致界面元素的化学环境发生改变,引起了界面上各元素的结合能发生偏移,其中Cu2p结合能向高能方向偏移0.15 eV,而Te3d结合能向低能方向偏移0.15 eV.研究表明界面元素互扩散是促进Cu/Hg3In2Te6欧姆接触形成的主要原因.