ZnMgO/ZnO异质结构中二维电子气的研究

论文根据ZnMgO/ZnO异质结构二维电子气的能带结构及相关理论模型, 采用一维Poisson-Schrodinger方程的自洽求解, 模拟计算了ZnMgO/ZnO异质结构中二维电子气的分布及其对ZnMgO势垒层厚度及Mg组分的依赖关系. 研究发现该异质结构中ZnMgO势垒层厚度存在一最小临界值: 当垒层厚度小于该临界值时, 二维电子气消失, 当垒层厚度大于该临界值时, 其二维电子气密度随着该垒层厚度的增加而增大; 同时研究发现ZnMgO势垒层中Mg组分的增加将显著增强其二维电子气的行为, 导致二维电子气密度的明显增大; 论文对模拟计算获得的结果与相关文献报道的实验结果进行了比较, 并从极化效应和能带结构的角度进行了分析和讨论, 给出了合理的解释. 关键词： 氧化锌 二维电子气 异质结构 理论计算     

MOCVD生长中载气H2对N掺杂ZnO性质的影响

采用MOCVD方法在石英衬底上生长ZnO。实验使用二乙基锌(DEZn)为锌源,N2O作为氧和氮源,H2作为载气。采用PL和Raman光谱方法对ZnO样品进行表征,结果表明H2的加入大幅度减少薄膜中碳的掺入,明显改善了薄膜的光学质量。采用N2O离化技术,可以进一步提高其带边峰的强度,抑制带内发光。XRD测量表明,生长的ZnO薄膜具有c轴择优取向。目前生长高质量N掺杂的p型ZnO薄膜是很困难的,而H2作为载气的加入明显改善了ZnO薄膜的光学性质,在生长过程中加入H2将为获得高质量N掺杂的p型ZnO薄膜提供一种途径。     

Effect of oxygen on regulation of properties of moderately boron-doped diamond films

Regulation of oxygen on properties of moderately boron-doped diamond films is fully investigated. Results show that, with adding a small amount of oxygen (oxygen-to-carbon ratio < 5.0%), the crystal quality of diamond is improved, and a suppression effect of residual nitrogen is observed. With increasing ratio of O/C from 2.5% to 20.0%, the hole concentration is firstly increased then reduced. This change of hole concentration is also explained. Moreover, the results of Hall effect measurement with temperatures from 300 K to 825 K show that, with adding a small amount of oxygen, boron and oxygen complex structures (especially B₃O and B₄O) are formed and exhibit as shallow donor in diamond, which results in increase of donor concentration. With further increase of ratio of O/C, the inhibitory behaviors of oxygen on boron leads to decrease of acceptor concentration (the optical emission spectroscopy has shown that it is decreased with ratio of O/C more than 10.0%). This work demonstrates that oxygen-doping induced increasement of the crystalline and surface quality could be restored by the co-doping with oxygen. The technique could achieve boron-doped diamond films with both high quality and acceptable hole concentration, which is applicable to electronic level of usage.     

Cd对纤锌矿ZnO极化特性的影响以及Zn0.75Cd0.25O/ZnO界面能带偏差的第一性原理研究

基于第一性原理GGA+U方法研究了Zn1-xCdxO合金的品格常数以及自发极化随Cd组分x的变化关系,其中极化特性的计算采用Berry-phase方法,同时计算了禁带宽度随Cd组分x的变化关系,并得到了能隙弯曲参数0.69.此外,通过计算宏观平均静电势的方法得到了(5 +3)Cd0.25Cd0.750/ZnO超晶格界面处的价带偏差为0.13 eV,导带偏差与价带偏差的比值为4/13,并且Zn1-xCdxO/ZnO界面两侧能带呈现Ⅰ型排列,这些研究结果将对Zn1-xCdxO/ZnO界面二维电子气的设计与优化起到重要作用.     

Ga掺杂ZnO薄膜的MOCVD生长及其特性

利用低压MOCVD技术在(0002)蓝宝石上外延获得高质量的ZnO∶Ga单晶薄膜,并研究了Ga的不同掺杂浓度对材料电学和光学特性的影响．当Ga/Zn气相摩尔比为3.2 at%时,ZnO(0002)峰半高宽仅为0.26°,载流子浓度高达2.47e19cm－3,透射率高于90%;当载流子浓度升高时,吸收边出现明显的Burstein-Moss蓝移效应．同时室温光致发光谱显示,紫外峰位随载流子浓度的增加而发生红移,峰形展宽,这和Ga高掺杂所引起的能带重整化效应有关．当Ga/Zn比达到6.3 at%时,由于高掺杂浓度下Ga的自补偿效应导致载流子浓度下降．     

金属有机源化学气相沉积法生长氧化锌薄膜中氢气的作用及其机理

本文重点探讨了金属有机源化学气相沉积生长ZnO薄膜中氢气的作用与机理.研究表明氢气对ZnO薄膜的结构与性质具有重要的影响.当采用叔丁醇为氧源时,氢气对ZnO薄膜的晶体质量,表面结构和发光性质主要产生负面的影响,同时发现氢气的加入有助于抑制碳的沾污.而当采用笑气为氧源时,测量显示表面变光滑,晶体质量得到提高,发光强度也得到提升.氢气在笑气作为氧源生长ZnO的过程中基本起到了正面的作用.论文最后从氢气降低生长表面能量,提高表面原子迁移能力但存在表面腐蚀作用的方向以上结果给予了较好的解释.研究显示MOCVD生长高质量ZnO薄膜中氢气的优化具有特别重要的意义.     

离子注入对ZnTe:O中间带光伏材料的微观结构及光学特性的影响

II-VI和III-V族高失配合金半导体是新型高效中间带太阳电池的优选材料体系,但中间带的形成及其能带调控等关键问题仍未得到有效解决.采用氧离子注入方式,在非平衡条件下对碲化锌(Zn Te)单晶材料实现了等电子掺杂,深入研究了离子注入对Zn Te:O材料的微观结构和光学特性的影响.研究表明:注入合适浓度的氧离子(2.5×1018cm-3)将会形成晶格应变,并诱导1.80 e V(导带下0.45 e V)中间带的产生;而较高浓度(2.5×1020cm-3)的氧离子会导致Zn Te注入层表面非晶化,并增强与锌空位相关的深能级(～1.6 e V)发光.时间分辨光致发光结果显示,离子注入诱导形成的中间带主要是和氧等电子陷阱束缚的局域激子发光有关,载流子衰减寿命较长(129 ps).因此,需要降低晶格紊乱度和合金无序,实现电子局域态向扩展态的转变,从而有效调控中间带能带结构.     

Si上Si1-xGex:C 缓冲层的载流子分布

用化学气相淀积方法在Si(100)衬底上生长了Ge组分渐变的Si1-xGex:C合金缓冲层.研究表明,较高温度下生长的Si1-xGex:C缓冲层中Ge的平均含量较高,其晶体质量要优于较低温度下生长的外延薄膜.载流子浓度沿衬底至表面方向逐渐上升且Si1-xGex:C缓冲层总体呈p型导电,存在一局域n型导电区,本文对其导电分布特性进行了分析研究.     

InN薄膜的退火特性

对InN薄膜在氨气氛下的高温退火行为进行了研究.利用XRD,SEM和XPS对样品进行了分析.结果表明,InN薄膜的结晶质量和表面形貌并不随退火温度单调变化.由于高温退火时N原子的挥发,剩下的In原子在样品表面聚集形成In颗粒.当退火温度高于425℃时,In原子的脱吸附作用增加,从而导致样品表面的In颗粒在退火温度高于425℃时逐渐减少.XRD和SEM结果表明In颗粒密度最高的样品具有最差的结晶质量.这种现象可能是由于In颗粒隔离了其下面的InN与退火气氛的接触,同时,金属In和InN结构上的差异也可能在InN中导致了高密度的结构缺陷,从而降低了InN薄膜的结晶质量.     

In2O3纳米线制备及其特性

使用管式加热炉成功地制备出In2O3纳米线.通过扫描电子显微镜可以看到样品为In2O3纳米线;X射线衍射分析证实该材料是立方结构的In2O3;X射线光电子谱分析发现该In2O3中存在大量氧缺陷;光致发光谱研究显示制得的In2O3纳米线有比较强的发光现象,主要集中在紫外光谱区.同时对反应的气相-固相(V-S)生长机理和In2O3的光致发光机理进行了详细分析.