znmgo薄膜及其异质结的制备及光电性能研究

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1、西安科技大学硕士学位论文ZnMgO薄膜及其异质结的制备及光电性能研究专业名称：物理电子学作者姓名：程洁菲指导教师：赵省贵论文题目：ZnMgO薄膜及其异质结的制备及光电性能研究专业：物理电子学硕士生：程洁菲（签名）指导老师：赵省贵（签名）摘要本文采用脉冲激光沉积(PLD)法分别在r面蓝宝石和p-Si基片上制备了Zn1-xMgxO(x=0.1、0.3、0.5、0.7、0.9)薄膜和n-Zn0.5Mg0.5O/p-Si异质结，通过X射线衍射(XRD)、原子力显微镜(AFM)、拉曼光谱、光致发光(PL)谱、透射光谱、吸收光谱对所制备的薄膜进行了表征和性能分析，探讨了Mg掺杂量对薄膜结构

2、、形貌及光电特性的影响。并在制备n-Zn0.5Mg0.5O/p-Si异质结的基础上系统研究了其伏安特性及激光能量对异质结器件瞬态光响应特性的影响。主要的工作及结果如下：（1）采用溶胶凝胶法制备Zn1-xMgxO陶瓷靶材，并对Zn1-xMgxO陶瓷靶材的烧结工艺进行了改进。将Mg掺杂ZnO坯体在500℃和1100℃下分别保温2h，最终在1300℃烧结5h，获得了组织均匀、致密的Zn1-xMgxO陶瓷靶材。（2）Zn1-xMgxO薄膜的X射线衍射(XRD)图谱和拉曼光谱表明，Mg含量不同的Zn1-xMgxO薄膜分别具有两种不同的晶格结构，当Mg掺杂量x≤0.3时，Zn1-xMgxO薄膜仍然

3、保持着六角纤锌矿结构，当x≥0.5时，Zn1-xMgxO薄膜转变为立方相结构。随Mg掺杂量的增加，Zn1-xMgxO薄膜的主要衍射峰向大角度方向漂移。（3）Zn1-xMgxO薄膜的光致发(PL)光谱表明，Zn1-xMgxO薄膜具有较强的近带边紫外发光和较弱的可见光发射。随着掺杂量的增多，紫外发射峰的峰值与可见光发射峰的峰值之比R=PU/PV比值先减小后增大，在Mg掺杂量为90%时，达到最大，约为8.5。（4）采用透射光谱和吸收光谱两种方法计算得到了Zn1-xMgxO薄膜的禁带宽度。结果表明，当x=0.1、0.3和0.5时，Zn1-xMgxO薄膜的禁带宽度分别达到3.37eV、4.29e

4、V和5.19eV，即当Mg掺杂量达0.5时，Zn1-xMgxO禁带宽度已达到日盲波段。（5）n-Zn0.5Mg0.5O/p-Si异质结室温下的I-V测试表明，异质结具有较好的二极管整流特性，开启电压为0.72V，反向饱和电流为6.4×10-10A，1V偏压下的整流比RF(IF/IR)达到2.5×102。（6）n-Zn0.5Mg0.5O/p-Si异质结室温下的整流曲线呈现出较大的理想因子，与常规二极管的理想因子相差甚远，本文提出了等效二极管的模型解释这一反常现象：在一定电压范围内将In/n-MZO/p-Si/In异质结器件等效成正偏的n-ZnO/p-Si异质结二极管、反偏的In/p-Si

5、肖特基二极管和大小可以忽略的In/n-ZnO接触电阻的串联。每个二极管具有不同的反向饱和电流和理想因子，外部测量得到的异质结器件的理想因子是各个二极管的理想因子之和。由于反偏In/Si肖特基二极管的理想因子很大(>>2)，所以异质结器件出现较大的理想因子。（7）n-Zn0.5Mg0.5O/p-Si异质结器件在室温下具有较强的紫外-可见光伏响应。随着激光能量由192mJ降至78mJ，异质结的光伏响应信号逐渐增强，在78mJ处有最大的峰值电压100mV。分析认为是由于耗尽区宽度变宽以及器件中载流子浓度降低导致的。关键词：Zn1-xMgxO薄膜；n-Zn0.5Mg0.5O/p-Si异质结；整

6、流特性；光伏效应；PLD研究类型：基础研究本课题得到陕西省教育厅自然科学研究项目（项目编号：2010JK673）、陕西省凝聚态结构与性质重点实验室开放课题资助。本课题得到陕西省教育厅自然科学研究项目（项目编号：2010JK673）、陕西省凝聚态结构与性质重点实验室开放课题资助。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)