InSb薄膜溅射生长及其光电特性研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xingyuan77
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InSb单晶作为III-V族半导体材料中禁带宽度最窄的二元化合物材料,在中红外探测波段有着很重要的应用。同时,随着人们对非晶的研究的深入,发现非晶薄膜有着很多晶态薄膜所不具备的性质,并且表现出多晶所没有的光电性能。所以,对InSb薄膜的研究,尤其是对非晶态InSb薄膜的研究是具有很高的价值的。论文主要利用了磁控溅射技术在硅衬底上生长InSb薄膜,然后对其进行了光电特性的研究。主要研究内容如下:首先是对InSb薄膜生长的工艺参数进行了优化,通过调节工作压强和溅射功率,得到了16组InSb样品,经过对XRD图及AFM的分析,最终确定了具有高度择优取向的InSb(220)多晶薄膜的最佳工艺参数为工作压强2.5 Pa、溅射功率100 W,高无序度的非晶薄膜最佳工艺参数为工作压强为2.0 Pa、溅射功率60 W条件下生长的InSb薄膜,低无序度的薄膜最佳工艺参数为工作压强为0.5 Pa、溅射功率60 W。其次对InSb多晶薄膜进行了光电特性的测试与研究。本文利用了傅立叶红外光谱仪进行光学特性的研究,利用了霍尔效应测试仪进行电学特性的研究。结果表明,通过对实验测得的InSb薄膜红外透射谱进行包络法处理后,得到了硅基InSb薄膜的光学带隙为0.26~0.27 eV之间,与标准的InSb晶体带隙值0.18 eV相比,本实验得到的InSb薄膜的光学带隙蓝移了0.08 eV左右。利用变温霍尔效应测量出了薄膜的电阻率ρ随温度的变化。发现在100~300 K之间,lgρ随着温度的变化规律lgρ~T是呈线性关系的。最后,对InSb非晶薄膜进行了光电性能测试与研究,利用包络法处理红外透射光谱得到了光学吸收系数α随波长变化的曲线图,进一步分析,得到Urbach能量的计算值为0.12 eV。变温霍尔效应实验结果显示,薄膜在测试温度为140~200 K时,电阻率与温度的1/2次方呈线性关系,符合ES变程跳跃电导机制;在测试温度为260~330 K时,电阻率与温度的1/4次方呈线性关系,符合Mott变程跳跃电导机制。论文中,首次利用电导机制的不同合理地解释了试验中观测到的在不同温区载流子导电类型改变现象以及载流子迁移率的变化问题。
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