金属有机物化学气相沉积生长GaN薄膜的室温热电特性研究

采用金属有机物化学气相沉积技术生长了不同掺杂浓度的GaN薄膜, 并且通过霍尔效应测试和塞贝克效应测试, 表征了室温下GaN薄膜的载流子浓度、迁移率和塞贝克系数. 在实验测试的基础上, 计算了GaN薄膜的热电功率因子, 并且结合理论热导率确定了室温条件下GaN薄膜的热电优值(ZT). 研究结果表明: GaN薄膜的迁移率随着载流子浓度的增加而减小, 电导率随着载流子浓度的增加而增加; GaN 薄膜材料的塞贝克系数随载流子浓度的增加而降低, 其数量级在100–500 μV/K范围内; GaN薄膜材料在载流子浓度为1.60×10¹⁸ cm^-3时, 热电功率因子出现极大值4.72×10^-4 W/mK²; 由于Si杂质浓度的增加, 增强了GaN薄膜中的声子散射, 使得GaN薄膜的热导率随着载流子浓度的增加而降低. GaN薄膜的载流子浓度为1.60×10¹⁸ cm^-3时, 室温ZT达到极大值0.0025.     

用MOCVD方法制备的n型GaN薄膜紫外光电导

报道了用MOCVD方法制备的非掺杂的和Mg弱掺杂的n型GaN薄膜的紫外光电导特性.结果表明这些n型样品具有显著的紫外光响应,而且光响应弛豫时间也较短.在弱光范围,光响应随光强的变小呈线性减弱,且光响应的弛豫时间变长.     

用MOCVD方法制备的n型GaN薄膜紫外光电导

报道了用MOCVD方法制备的非掺杂的和Mg弱掺杂的n型GaN薄膜的紫外光电导特性.结果表明这些n型样品具有显著的紫外光响应,而且光响应弛豫时间也较短.在弱光范围,光响应随光强的变小呈线性减弱,且光响应的弛豫时间变长.     

高阻GaN的MOCVD外延生长

利用金属有机化合物气相沉积(MOCVD)在蓝宝石衬底上生长了高阻GaN薄膜。对GaN成核层生长的反应室压力、生长时间和载气类型对GaN缓冲层电学特性的影响进行了分析。实验结果表明,延长GaN成核层的生长时间,降低成核层生长时的反应室压力,载气由H₂换为N₂都会得到高阻的GaN缓冲层。样品的方块电阻R_s最高为2.49×10¹¹ Ω/□。以高阻GaN样品为衬底制备了AlGaN/AlN/GaN结构HEMT器件,迁移率最高达1 230 cm²/(V·s)。     

势垒硅掺杂对GaN基LED极化电场及其光电性能的影响

势垒硅掺杂对InGaN量子阱中的电场及LED器件的光电性能有着重要的影响。采用6×6 K·P方法计算了不同势垒硅掺杂浓度对量子阱中电场的变化,研究表明当势垒硅掺杂浓度>1e¹⁸ cm^-3时,阱垒界面处的电场强度会变大,这主要是由于硅掺杂浓度过高导致量子阱中界面电荷的聚集。进一步发现随着势垒掺杂浓度的升高,总非辐射复合随之增加,其中俄歇复合增加,而肖克莱-霍尔-里德复合随之减少,这是由于点陷阱的增大形成了缺陷能级。电流电压曲线表明势垒掺杂可有效改善GaN基LED的工作电压,这归于掺杂浓度的提高改善了载流子的传输特性。当掺杂浓度为1e¹⁸ cm^-3时,获得了较高的内量子效率,这主要是由于适当的势垒掺杂降低了量子阱中界面电荷的损耗。     

溶胶-凝胶法制备Li-N双掺p型ZnO薄膜的结构、光学和电学性能

采用溶胶-凝胶法在n型Si(100)衬底上沉积Li-N双掺杂ZnO薄膜,经X射线衍射和扫描电镜图片分析,所制备薄膜具有多晶纤锌矿结构和高的c轴择优取向.室温下霍尔效应测试结果显示Li-N双掺杂ZnO薄膜具有p型导电特性.在Li掺杂量为15.0at%,Li/N（摩尔比）为1∶1,700℃退火等优化条件下得到的最佳电学性能结果是：电阻率为0.34 Ω·cm,霍尔迁移率为16.43 cm²/V·s,载流子浓度为2.79×10¹⁹ cm^{-3关键词： Li-N双掺 p型ZnO薄膜 溶胶-凝胶 性能}     

不同织构CVD金刚石膜的Hall效应特性

采用热丝化学气相沉积法在p型硅衬底上制备了不同织构的多晶金刚石膜,使用XRD表征了CVD金刚石膜的结构特征, 研究了退火后不同织构金刚石膜的电流特性, 使用Hall效应检测仪研究了金刚石膜的霍尔效应特性及随温度变化的规律, 结果表明所制备的金刚石膜是p型材料, 载流子浓度随着温度的降低而增加, 迁移率随着温度的降低而减小. 室温下[100]织构金刚石薄膜的载流子浓度和迁移率分别为4.3×10⁴ cm^-3和76.5 cm²/V·s.     

GaN载流子浓度和迁移率的光谱研究

用红外反射光谱的方法对生长在蓝宝石衬底上的α-GaN外延薄膜的载流子浓度和迁移率进行了研究.通过测量蓝宝石衬底和不同Si掺杂浓度的一系列GaN外延膜的远红外反射谱并进行理论计算和拟合,得到GaN中的声子振动参量和等离子振荡的频率及阻尼常量,并由此计算得到其载流子浓度和迁移率.计算结果,红外方法得到的载流子浓度与Hall测量相一致,但迁移率比Hall迁移率要低约二分之一.同时红外谱与喇曼谱上明显观察到LO声子与等离子体激元耦合模,(LPP)随掺杂浓度的变化. 关键词： α-GaN外延薄膜 红外反射光谱 载流子浓度 迁移率 LO声子与等离子体激元耦合模 Raman光谱     

退火温度对氧化镓薄膜及紫外探测器性能的影响

采用射频磁控溅射法在石英基底上制备Ga₂O₃薄膜,并在氩气气氛中控制不同的退火温度进行后退火,通过对样品的晶体结构、透射率、表面形貌和光学带隙等性质进行测试分析,发现退火工艺可以提升薄膜的结晶质量,但同时高温退火也容易使得薄膜中的氧元素逸出薄膜外形成氧空位,选取800℃退火后样品制备成金属-半导体-金属(metal-semiconductor-metal,MSM)型光电探测器件,并与未退火样品器件对比发现在1.1 V的反向偏压下,800℃的光暗电流比为1021.3、响应度为0.106 A/W、比探测率为1.61×10¹² Jones,分别是未退火器件的7.5,195和38.3倍,外量子效率相较于未退火样品提升了51.6%,上升时间(0.19/0.48 s)相较于未退火样品(0.93/0.93s)减小,下降时间(0.64/0.72 s)与未退火样品(0.45/0.49 s)相比有所增大,表明氧空位的增加可以减缓光生载流子的复合来达到延长载流子寿命的效果,最后详细分析了退火后氧空位的增多导致探测器性能参数提高的机理.     

基于量子限制的受主带间跃迁太赫兹探测器的制备与测量

使用分子束外延生长设备,在GaAs（100）衬底上生长了量子阱宽度为3 nm的GaAs/AlAs多量子阱样品,并在量子阱层中央进行了Be受主的δ-掺杂。根据量子限制受主从束缚态到非束缚态之间的跃迁,设计并制备了δ-掺杂Be受主GaAs/AlAs多量子阱太赫兹光探测器原型器件。在4.2 K温度下,分别对器件进行了太赫兹光电流谱和暗电流-电压曲线的测量。在6 V直流偏压下,空穴载流子沿量子阱层方向输运。当正入射激光频率为6.8 THz时,器件响应率为2×10^-4 V/W（2 μA/W）。通过器件的暗电流-电压曲线计算了器件全散粒噪声电流,在4.2 K、6 V直流偏压下,全散粒噪声电流为5.03 fA·Hz^-1/2。     

n型透明导电薄膜CdIn2O4电学性质的研究和大面积制备的最佳条件

在Ar+O2气氛中,采用射频反应溅射Cd-In靶制备CdIn2O4薄膜.制得的薄膜经x射线衍射(XRD)检测为CdIn2O2和CdO相组成的多晶.从理论上分析了热处理前后氧空位、掺杂点缺陷和富氧电子陷阱在影响膜的载流子浓度和电子散射中所起的重要作用.同时,对样品进行Hall效应、Seebeck效应测试并得出不同载流子浓度下的迁移率、有效质量、弛豫时间以及它们之间的相互关系,特别强调了弛豫时间的重要性.为了提高导电膜的透射率,还分析了Burstein-Moss漂移和带隙收缩对光带隙的影响,并在薄膜制备时选择了合适的衬底温度T8≈280℃.实验表明,在氧分压为8％左右时制备的薄膜质量较好,热处理后的指标大约为迁移率μH=31×10-4m2/V·s,电阻率ρ=1.89×10-5Ω·m.     

应力和掺杂对Mg:GaN薄膜光致发光光谱影响的研究

对化学气相沉积(MOCVD)法在宝石衬底上生长的Mg掺杂GaN薄膜的表面及其GaN缓冲层的光致发光(PL)光谱进行了测量，用Raman光谱和x射线衍射(XRD)对GaN薄膜中的应力进行确定，通过PL光谱中的中性束缚激子跃迁能量的变化确定薄膜中应力的影响，从而研究Mg掺杂对p型GaN的DAP跃迁影响规律. 关键词： 光致发光 应力 Raman光谱     

蓝宝石衬底上RF-MBE生长的GaN中的极性控制和螺旋位错的降低

近年来人们报道了用MBE方法生长GaN的飞速进展,利用RF-MBE方法可以获得高的GAN生长速率和高的电子迁移率.本文讨论了用RF-MBE方法在蓝宝石衬底上生长GaN过程中的极性控制和螺旋位错的降低.在充分氮化的蓝宝石衬底上直接生长GaN,使GaN的极性控制为N-极性,并用高温生长的AlN核化层实现GaN的Ga-极性.对于N-和Ga-极性的GaN这两种情况,高温生长的AlN中间迭层的引入,可以有效地抑制螺旋位错的扩散.位错的降低使GaN的室温电子迁移率得到提高,对于Ga-极性的GaN,其值为332cm²/V·s;而对于N-极性的GaN,其值为688cm²/V·s.     

退火温度对硼掺杂纳米金刚石薄膜微结构和p型导电性能的影响

采用热丝化学气相沉积法制备硼掺杂纳米金刚石 (BDND) 薄膜, 并对薄膜进行真空退火处理, 系统研究退火温度对BDND薄膜微结构和电学性能的影响. Hall效应测试结果表明掺B浓度为5000 ppm (NHB) 的样品的电阻率较掺B浓度为500 ppm (NLB) 的样品的低, 载流子浓度高, Hall迁移率下降. 1000 ℃退火后, NLB和NHB 样品的迁移率分别为53.3和39.3 cm²·V^-1·s^-1, 薄膜的迁移率较未退火样品提高, 电阻率降低. 高分辨透射电镜、紫外和可见光拉曼光谱测试结果表明, NLB样品的金刚石相含量较NHB样品高, 高的硼掺杂浓度使薄膜中的金刚石晶粒产生较大的晶格畸变. 经1000 ℃退火后, NLB和NHB薄膜中纳米金刚石相含量较未退火时增大, 说明薄膜中部分非晶碳转变为金刚石相, 为晶界上B扩散到纳米金刚石晶粒中提供了机会, 使得纳米金刚石晶粒中B浓度提高, 增强纳米金刚石晶粒的导电能力, 提高薄膜电学性能. 1000 ℃退火能够恢复纳米金刚石晶粒的晶格完整性, 减小由掺杂引起的内应力, 从而提高薄膜的电学性能. 可见光Raman光谱测试结果表明, 1000℃退火后, Raman谱图中反式聚乙炔 (TPA) 的1140 cm^-1峰消失, 此时薄膜电学性能较好, 说明TPA减少有利于提高薄膜的电学性能. 退火后金刚石相含量的增大、金刚石晶粒的完整性提高及TPA含量的大量减少有利于提高薄膜的电学性能. 关键词： 硼掺杂纳米金刚石薄膜 退火 微结构 电学性能     

F,Al共掺杂ZnO透明导电薄膜的制备及掺杂机理研究

本文采用磁控溅射技术,对F和Al共掺杂ZnO (FAZO)薄膜进行研究,系统地研究了溅射气压对薄膜结构、形貌、光电等特性的影响.实验研究结果表明:F, Al共掺入并未改变ZnO的生长方式,所制备的薄膜都呈(002)择优生长;随着溅射气压增加, FAZO薄膜的沉积速率降低,结晶质量恶化,表面形貌由"弹坑状"逐渐变为"弹坑状"与"颗粒状"并存的形貌特性,表面粗糙度增加.在0.5 Pa时制备的FAZO薄膜性能最优,迁移率40.03 cm~2/(V·s),载流子浓度3.92×10~(20) cm~(–3),电阻率最低,为3.98×10~(–4) W·cm, 380—1200 nm平均透过率约90%.理论模拟结果表明:F和Al的共掺杂兼顾了F, Al单独掺杂的优点,克服了以往金属元素掺杂仅依靠金属元素轨道提供导电电子的不足,实现了既增加载流子浓度又减少了掺入原子各轨道间相互作用对载流子散射的影响.掺入的F 2p电子轨道对O 2p及Zn 4s电子轨道产生排斥,使它们分别下移,提供导电电子;同时掺入的Al的3s和3p电子轨道也为导电电子提供了贡献. F和Al共掺之后载流子浓度提升更加显著,导电性能增强.     

超冷铷铯极性分子振转光谱的实验研究

利用激光冷却俘获技术在双暗磁光阱中获得高密度的超冷铷原子和铯原子,通过光缔合方法制备超冷铷铯极性分子.采用共振增强双光子电离技术探测基三重态a³∑⁺的铷铯分子,产率约为10⁴/s.通过改变缔合光频率,获得（2）0⁺,（3）0^-,（2）0^-等分子态的高分辨振转光谱,拟合得到相应的转动常数分别为0.00349 cm^-1,0.00649 cm^-1,0.00372 cm^-1.     

多层纳米AlGaN薄膜制备及其场发射性能

本文采用激光脉冲沉积系统在SiC基底上制备了GaN/AlN/GaN多层纳米结构薄膜,探索了多层纳米薄膜量子结构增强场发射性能.X射线衍射和扫描电子显微镜结果表明,已成功制备出了界面清晰、结晶良好的GaN/AlN/GaN多层纳米薄膜.场发射测试结果表明:多层纳米薄膜结构相对于GaN和AlN单层纳米薄膜,其场发射性能得到显著提升.其开启电场低至0.93V/μm,电流密度在5.5V/μm时已经能够达到30mA/cm~2.随后进一步分析了纳米结构增强场发射机理,电子在GaN/AlN/GaN多层纳米薄膜结构中的量子阱中积累使其表面势垒高度显著下降,并通过共振隧穿效应进一步提高电子的透过概率,从而使场发射性能极大提高.研究结果将为应用于高性能场发射器件的纳米薄膜材料的制备提供一种好的技术方案.     

退火温度和Ga含量对溶液法制备InGaZnO薄膜晶体管性能的影响

采用溶液法在玻璃衬底上制备InGaZnO薄膜,并以InGaZnO为沟道层制备底栅顶接触型薄膜晶体管,研究了退火温度和Ga含量对InGaZnO薄膜和晶体管电学性能的影响.研究表明,退火可以明显改善溶液法制备InGaZnO薄膜晶体管的电学性能.退火温度的升高会导致薄膜晶体管阈值电压的负向漂移,并且饱和迁移率和电流开关比增大.X射线光电子能谱测量表明,随退火温度的增加,InGaZnO薄膜表面吸附氧减少,沟道层中氧空位增多导致电子浓度增大.退火温度为380?C时,晶体管获得最佳性能.饱和迁移率随Ga含量的增加而减小.In:Ga:Zn摩尔比为5:1.3:2时,晶体管达到最佳性能:饱和迁移率为0.43 cm~2/(V·s),阈值电压为1.22 V,开关电流比为4.7×10~4,亚阈值摆幅为0.78 V/decade.     

MOCVD生长InGaN/AlGaN双异质结构与GaN过渡层的工艺与特性

评述利用MOCVD技术在α-Al2O3衬底上生长GaN薄膜及InGaN／A1GaN双异质结(DH)结构的工艺与特性;从表面动力学观点着重讨论了GaN过渡层MOCVD生长条件(温度、气流束源等)对表面形貌、结晶形态、掺杂及其光电性能的影响。分析表明,GaN薄膜生长速率主要依赖于反应炉温度,气流束源摩尔流量速率。若生长温度太高,引起PL发光谱峰向长波侧移动;GaN缓冲层生长温度必须控制在550℃。高的V／Ⅲ双气束流比率能够抑制GaN发光谱中550nm辐射峰产生。为了获得高质量p-A1GaN、GaN层,控制生长温度和以Cp2Mg为杂质源的Mg受主掺杂量,并在N2气氛中800℃快速退火,有助于提高InGaN／AlGaN双异质结辐射复合效率。     

极化诱导实现AlGaN薄膜材料中的超高电子浓度(1020cm-3)掺杂

材料的载流子浓度和迁移率是影响器件性能的关键因素, 变温Hall测试结果证明杂质掺杂AlGaN中的载流子浓度和迁移率随温度 降低而减小.然而极化诱导掺杂的载流子浓度和迁移率不受温度变化的影响.以准绝缘 的GaN体材料作为衬底, 在组分分层渐变的AlGaN中实现的极化诱导掺杂浓度 仅仅在10¹⁷ cm^-3数量级甚至更低. 本研究采用载流子浓度为10¹⁶ cm^-3量级的非有意n型掺杂GaN模板为衬底, 用极化诱导掺杂技术在分子束外延生长的AlGaN薄膜材料中实现了高 达10²⁰ cm^-3 量级的超高电子浓度. 准绝缘的体材GaN半导体作衬底时, 只有表面自由电子作为极化掺杂源, 而非有意掺杂的GaN模板衬底除了提供表面自由电子外,还能为极化电场 提供更多的自由电子"源", 从而实现超高载流子浓度的n型掺杂.