帶隙可調(diào)的Zn-,1-x-Cd-,x-O合金半導體薄膜的研究.pdf

1、目前國際上關(guān)于Zn<,1-x>Cd<,x>O薄膜的研究還比較少,且薄膜的結(jié)晶質(zhì)量都很差,類似于非晶相或具有多相結(jié)構(gòu).該研究小組是國內(nèi)最早開展ZnO方面研究的單位之一,在ZnO薄膜晶體的生長、p型摻雜及ZnMgO合金半導體等方面都取得了一些成果.鑒于ZnCdO合金半導體在ZnO基半導體器件方面亦具有潛在的重要研究價值,該課題特從事此方面的研究,現(xiàn)介紹如下:以Si(111)、藍寶石及玻璃等為襯底濺射沉積了Zn<,1-x>Cd<,x>O(0≤

2、x≤1.0)薄膜,系統(tǒng)研究了溫度、組成等參數(shù)對薄膜晶體結(jié)構(gòu)的影響.對合金薄膜能帶工程從理論方面進行了深入研究,提出了固溶范圍內(nèi)其帶隙Eg與Cd組分含量x之間的關(guān)系:E<,g>(x)=3.29664-1.21687x+1.25539x<'2>(0≤x≤0.53),而其晶胞參數(shù)c與Cd組分含量x之間的關(guān)系符合Vegard定律:c(x)=0.5229+0.00357x.初步提出了發(fā)光譜中黃綠光的發(fā)光機制,認為它主要與Vo缺陷能級與VZn-,V

3、Cd-和Oi等缺陷能級之間的電子躍遷有關(guān),其它如Zni、Cdi、OZn、OCd等缺陷可能對黃綠發(fā)光有次要影響.確定薄膜實際組成是合金薄膜研究的基本和重要任務,借助于XPS測試,可以發(fā)現(xiàn),濺射沉積的Zn1-xCdxO(0≤x≤1.0)薄膜組成與靶材組成基本保持一致,且薄膜中Zn、Cd元素均以氧化態(tài)存在;籍SIMS測試,發(fā)現(xiàn)了Cd組分易在薄膜與硅襯底界面處發(fā)生偏聚的現(xiàn)象,而薄膜中Zn、O組分隨深度變化分布均勻,且Zn、Cd在薄膜表面均基本無

4、偏析現(xiàn)象.研究發(fā)現(xiàn)了Zn<,1-x>Cd<,x>O薄膜電阻率隨Cd組分變化發(fā)生突變的現(xiàn)象,當Cd組分含量x≤0.4時,Zn<,1-x>Cd<,x>O薄膜的電阻率在103Ω·cm數(shù)量級以上,自由電子濃度在10<'15>~10<'16>/cm3數(shù)量級,薄膜近似為絕緣體;Cd組分含量為60％左右時,薄膜電阻率陡然下降為0.422 Ω·cm,同時其自由電子濃度驟增至~1019/cm3,對此也作了解釋;Cd含量繼續(xù)增加時,薄膜電阻率亦隨之降低,自

5、由電子濃度則持續(xù)增加,x≥0.8時,薄膜近似為導體.為了進一步提高薄膜的結(jié)晶質(zhì)量,對Zn<,1-x>Cd<,x>O(0≤x≤1.0)薄膜作了退火處理,并且發(fā)現(xiàn):300℃退火可基本消除原位沉積薄膜的內(nèi)應力,減少薄膜內(nèi)部的晶體缺陷,但其結(jié)晶質(zhì)量提高不大;500℃下退火的薄膜具有最高的XRD強度,但Cd組分含量較高(x≥0.6)的薄膜易發(fā)生CdO組分的相偏析和再蒸發(fā)現(xiàn)象;薄膜在500℃下的退火時間一般不易超過1h,而且退火氣氛應選擇O<,2>