n-ZnO/ZnMgO/p-GaN载流子传输机制和VO2薄膜太赫兹光谱研究

来源 :大连理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:bluesnail2002
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许多金属氧化物材料具有独特的物理化学性质,在光电转换、微电子器件等诸多领域有着广泛的应用前景。氧化锌(ZnO)和二氧化钒(V02)分别以其优异的光电性质和独特的金属-绝缘体相变特性一直被认为是金属氧化物中较有发展前景的两种功能材料。近年来ZnO因其较大的禁带宽度(3.37eV)、较高的激子束缚能(60meV)等优点成为短波长光电子领域新的研究热点。但是ZnO的p型掺杂非常困难,限制了ZnO基同质结器件的开发应用。为了实现ZnO电注入发光,研究者制备了ZnO基异质结器件(如n-ZnO/p-GaN),然而结果显示,n-ZnO层的发光效果很不理想,这是因为电子更容易从n-ZnO层注入到p-GaN层而导致发光峰主要来自于p-GaN层。为了解决这一困境,研究人员通过引入电子阻挡层(如ZnMgO、A1N、MgO等)来实现ZnO层更好的发光。由于ZnMgO和ZnO有相似的晶体结构和较小的晶格失配,因此它更适合做n-ZnO/p-GaN异质结中的电子阻挡层。此外,在钒的众多氧化物中,因为VO2相变温度最接近室温(68℃),同时,薄膜形态的VO2材料可和微电子工艺集成,所以它成为热致相变和电致相变领域的研究热点。这些特性会导致V02的晶格结构、电学、光学和磁学特性在相变过程中发生突变,使得其在相变存储、红外智能窗和太赫兹(THz)开关等领域具有巨大的应用前景。本论文主要研究结果如下:(1)采用超声喷雾热分解法(USP),在p-GaN上制备了ZnO和ZnMgO薄膜,构造了n-ZnO/p-GaN和n-ZnO/ZnMgO/p-GaN异质结器件。通过变温的Ⅰ-V特性曲线研究了n-ZnO/ZnMgO/p-GaN异质结中载流子的运输机制,结果发现在正向偏压下,该异质结中的载流子主要以隧道模型传输,这就说明ZnMgO电子阻挡层有效地抑制了电子从n-ZnO层向p-GaN层的注入,同时促进了空穴从p-GaN层向n-ZnO层的注入,从而增加了ZnO层中的载流子复合率,实现了ZnO层发光。(2)采用脉冲激光沉积法(PLD),在两种蓝宝石衬底(c-和m-Al2O3)上制备了V02薄膜。然后对V02薄膜进行X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)表征。结果表明,在两种衬底上生长的V02薄膜均具有良好的生长取向和均匀的致密分布。此外,通过太赫兹时域光谱技术(THz-TDS)研究V02薄膜在0.2-3THz波段的透射性质,结果显示,相对于m-AbO3衬底,c-Al2O3衬底生长的V02薄膜的THz透射振幅强度更大,这说明不同取向的蓝宝石衬底对V02薄膜的THz透射谱有明显的影响。
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