ZnO同质pn结发光二极管研究进展

氧化锌是一种在短波长光电器件领域有巨大应用价值的Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体材料,制备性能优良的ZnO同质结是ZnO在光电器件领域获得应用的关键之一。文章综述了近几年ZnO同质结发光二极管研究进展,详细介绍了各种结构ZnO同质结发光二极管的最新研究成果和存在的问题,并对ZnO同质结发光二极管的发展趋势进行了展望。     

ZnO/p-Si异质结的光电转换特性

通过直流反应溅射制备了整流特性良好的ZnO/p-Si异质结,并在该异质结上观察到了明显的光电转换特性.研究表明ZnO薄膜中的电子浓度在一个合适的数值(1.6×1015cm-3)时光电流最强,另外晶粒尺寸越大光电流越强.分析表明,电子浓度和晶粒直径对光电流的影响规律在很大程度上是载流子散射导致的.此外,还发现ZnO薄膜存在一个临界厚度,当薄膜厚度大于该临界厚度时,异质结的光电压和光电流都急剧衰减并很快接近于0.实验表明,这个临界厚度和ZnO薄膜(001)面最大晶粒直径一致.     

ZnO/p-Si异质结的光电转换特性

通过直流反应溅射制备了整流特性良好的ZnO/p-Si异质结,并在该异质结上观察到了明显的光电转换特性.研究表明ZnO薄膜中的电子浓度在一个合适的数值(1.6×1015cm-3)时光电流最强,另外晶粒尺寸越大光电流越强.分析表明,电子浓度和晶粒直径对光电流的影响规律在很大程度上是载流子散射导致的.此外,还发现ZnO薄膜存在一个临界厚度,当薄膜厚度大于该临界厚度时,异质结的光电压和光电流都急剧衰减并很快接近于0.实验表明,这个临界厚度和ZnO薄膜(001)面最大晶粒直径一致.     

ZnO基异质结紫外探测器光电特性研究

n-ZnO/p-Si异质结紫外探测器存在响应度低和响应范围广的问题,为了获得更好的紫外探测性能,设计了一种n-ZnO/p-SiC异质结紫外探测器。应用TCAD仿真软件模拟了n-ZnO/p-SiC异质结紫外探测器的光学和电学特性,模拟结果表明：n-ZnO/p-SiC异质结紫外探测器暗电流为10^-15 A,较n-ZnO/p-Si异质结紫外探测器降低了一个数量级;ZnO/p-SiC探测器响应度高达0.41 A/W,较n-ZnO/p-Si器件提高了156%,且n-ZnO/p-SiC紫外探测器仅对紫外光有响应,有效抑制了n-ZnO/p-Si紫外探测器对可见光的响应。     

ZnO/p-Si异质结的I-V及C-V特性研究

通过磁控溅射Al掺杂的ZnO陶瓷靶,在p-Si片上沉积n型电导的ZnO薄膜而制备了ZnO/p-Si异质结,并通过测试其光照下的I-V、C-V特性对其光电特性以及载流子输运特性与导电机理进行了研究。研究表明ZnO/p-Si异质结存在良好的整流特性与光电响应,可以广泛应用在光电探测和太阳电池等领域。由于在ZnO/p-Si异质结界面处的导带补偿与价带补偿相差太大的缘故,在正向电压超过1V时,导电机理为空间电荷限制电流导电。同时,研究表明ZnO/p-Si异质结界面存在大量界面态,可以通过减小界面态进一步提高其光电特性。     

磁控溅射NiO/ZnO透明异质结二极管及其光电特性研究

采用磁控溅射方法在ITO玻璃基板上沉积NiO,ZnO,AZO三层透明氧化物薄膜,成功制备了NiO/ZnO透明异质结二极管.实验结果表明,PN结展示出明显的I-V整流特性,正向开启电压1V;在氙灯光照条件下,二极管反向电流在5V偏置时,达到1.5 mA.二极管在可见光的平均透过率约为25%.     

ZnO纳米晶薄膜/p-Si异质结制备及其光电特性

为了发展高性能、低成本和结构简单的ZnO纳米 器件,在本文中,利用简便的热分解法,在p型 硅(p-Si)基底上制备ZnO纳米晶薄膜,利用场发射扫描电子显微镜(FESEM)、X射线衍射仪 (XRD)、紫外- 可见分光光度计和荧光光谱仪,分别研究了ZnO纳米晶薄膜的形貌、晶相结构和光学特性。 结果显示:在 p-Si基底上形成不规则颗粒状ZnO纳米晶,为多晶六方纤锌矿结构。ZnO纳米晶薄膜在可 见光区光透过率 高于90%,光学带宽为3.26eV,仅在 387nm处出现一个很强的近带边(NBE)发射峰。进一步发现ZnO纳米 晶薄膜/p-Si异质结在暗态和365nm紫外光照射下都出现整流特性, 形成了二极管。在暗态下,该二极管的 整流率为3.95(±2.46 V),开启电压约为0.7V,理想因 子为4.65,反偏饱和电流为4.57×10－8 A。在365nm的 紫外光照射下,它的整流率高达24.85(±0.65V),说明它对365nm的紫外光有很高的响应,适合用于紫外光探测 器。     

一维ZnO纳米/微米棒的制备及光学性能研究

采用溶胶-凝胶法,以六水硝酸锌和乙二醇单甲醚为主要原料,在SiO2玻璃衬底上旋涂一层致密的ZnO籽晶,用水热法,通过对ZnO籽晶层面朝下和朝上分别制备了ZnO纳米棒和微米棒。研究了不同生长液浓度对ZnO纳米/微米棒的形貌和光学性能的影响。结果表明,ZnO纳米棒直径约在Φ(60~90)nm之间,长度约为1 600nm,微米棒直径约Φ(1~4)μm,长度约8~14μm;随着生长液浓度的增加,ZnO纳米棒越致密,而ZnO微米梭生长成ZnO微米棒;ZnO纳米/微米棒的光致发光(PL)光谱强度随着生长液浓度的增加逐渐增强     

适用SAW器件的ZnO/Ti/Si薄膜制备及缺陷分析

在Si(100)衬底和Ti/Si(100)衬底上分别制备了ZnO薄膜,探讨了Ti缓冲层对ZnO薄膜结构和缺陷的影响,利用X射线衍射(XRD)测试了ZnO薄膜的晶体结构及择优取向,利用原子力显微镜(AFM)观察ZnO薄膜的表面粗糙度(RMS),利用光致发光(PL)光谱检测了ZnO薄膜的缺陷,利用四探针法测试了ZnO薄膜的电阻率。结果表明,在Ti/Si(100)衬底上、衬底温度350℃的条件下,制备的ZnO薄膜表面光滑、缺陷少、电阻率高且具有高C轴取向。本文这一工作对于压电薄膜缺陷分析及高性能ZnO的声表面波(SAW)器件研制有重要意义。     

CdTe多晶薄膜的同质结与异质结

衬底温度对CVD生长CdTe多晶薄膜导电性能有决定性影响,衬底温度高于560℃为p型,衬底温度愈高,空穴浓度愈大;低于520℃为n型,在一定温度范围内,衬底生长温度越低,电子浓度越大.采用CVD方法先在高温下生长p型CdTe膜,然后在较低温度下生长n型CdTe膜,首次研制了同质p-n结二极管.又采用在高温下先生长p-CdTe膜,然后在室温环境下暴露在空气中氧化,经数周后产生CdO和TeO2氧化层,再溅射ITO膜,制成n-ITO/i/p-CdTe异质结太阳能电池,与无氧化处理的n-ITO/p-CdTe比较,光电转换效率有明显提高.     

纳米ZnO掺杂对压敏阀片电性能和组织的影响

研究了纳米级ZnO粉料对压敏阀片的压敏电压、漏电流和压比的影响,并对其微观结构进行了分析研究,从理论上探讨了纳米ZnO影响压敏阀片电性能与微观结构的机理。研究结果表明,氧化锌压敏阀片中加入纳米ZnO后,其压敏电压显著提高。在质量分数为0~30%的范围内,随着纳米ZnO含量的增加,压敏阀片的压敏电压明显提高,其压比也呈升高趋势。当纳米ZnO含量为30%时,压敏电压约达547.54 V/mm,压比为1.149。在0~10%的范围内,随着纳米ZnO含量的增加,压敏阀片的漏电流呈下降趋势,而在10%~30%的时,漏电流又随纳米ZnO的含量的增加而升高。当纳米ZnO的含量为10%时,漏电流最小,为0.6 mA。     

Fabrication approaches to ZnO nanowire devices

To date, most of the work on ZnO nanostructures has focused on the synthesis methods and there have been only a few reports of the electrical characteristics. We report on fabrication methods for obtaining device functionality from single ZnO nanorods. A key aspect is the use of sonication to facilitate transfer of the nanorods from the initial substrate on which they are grown to another substrate for device fabrication. Examples of devices fabricated using this method are briefly described, including metal-oxide semiconductor field effect depletion-mode transistors with good saturation behavior, a threshold voltage of ∼−3 V, and a maximum transconductance of order 0.3 mS/mm and Pt Schottky diodes with excellent ideality factors of 1.1 at 25°C and very low (1.5×10⁻¹⁰ A, equivalent to 2.35 Acm⁻², at −10 V) reverse currents. The photoresponse showed only a minor component with long decay times (tens of seconds) thought to originate from surface states. These results show the ability to manipulate the electron transport in nanoscale ZnO devices.     

MgO对ZnO压敏电阻电性能的影响

研究了ＭｇＯ掺杂对ＺｎＯ压敏电阻电性能的影响。结果表明，ＭｇＯ含量增加，压敏场强Ｅ１ｍａ＝Ｖ１ｍＡ／ｄ上升，通流能力增强，非线性指数α和漏电流ＩＬ变化不大。文中还对上述结果进行了理论分析。     

Electrical Characteristics and Photoresponse of ZnO/ZnTe Heterojunction Diodes

Heterojunction diodes consisting of n-type ZnO and p-type ZnTe were grown by pulsed laser deposition and molecular beam epitaxy, respectively, on GaAs (001) substrates. Strong diode rectifying behavior was observed in the current–voltage characteristics with a current on/off ratio of J _on /J _off = 1 × 10⁵ and a diode ideality factor of n = 1.5. A strong photoresponse in the energy range of 2.3 eV to 3.6 eV was observed, corresponding to the bandgap energies of ZnTe and ZnO, respectively. A photovoltaic response was observed with a relatively small fill factor with a short-circuit current J _sc ~ 0.8 mA/cm² and open-circuit voltage of V _oc ~ 60 mV subject to illumination by a tungsten lamp. The photovoltaic response and reverse saturation current are believed to be limited by defects related to the mismatch between the ZnTe and ZnO structures and defects in the ZnO layer deposited at low temperature. The spectral response of the diodes is modeled with a close match to experimental measurements.     

基于ZnO/PI结构的柔性SAW器件有限元仿真研究

柔性电子的发展使微机电系统对柔韧性和延展性的需求日益增加,我们提出了一种基于ZnO和聚酰亚胺叠层结构的声表面波(SAW)器件。该文采用COMSOL软件对该结构的SAW器件进行二维有限元仿真分析,得到了器件阻抗随频率变化的特性,以及直观的谐振频率下粒子位移特性,并分析了不同ZnO厚度对瑞利波的频率和相速度的影响。为验证仿真的准确性,我们采用磁控溅射工艺和紫外光刻机制备了三组柔性SAW器件,其波长均为16μm,ZnO厚分别为1.2μm、2.3μm和4μm,器件的实测结果与仿真数据进行了比较。结果表明,制备的SAW器件特性与仿真结果具有很好的一致性,且仿真和实验都验证了随着ZnO厚度的增加,等效声速和谐振频率增大的结论。     

p型ZnO及ZnO基发光器件研究进展

六角纤锌矿结构ZnO是一种应用广泛的直接宽带隙(3.36 eV,300 K)半导体材料,其优异的光电、压电等性能使其成为近10年来全世界半导体研究的热点。综述了自1997年以来ZnO的p型掺杂以及ZnO基发光器件方面的研究成果,比较了不同方法制备的p型ZnO材料和发光器件的性能差异,分析了造成各种差异的原因,并针对当前研究提出了一些建议和预测。     

Beryllium‐Assisted p‐Type Doping for ZnO Homojunction Light‐Emitting Devices

A key step in realization of a ZnO homojunction light‐emitting diode is the effective p‐type doping in ZnO:N. In this article, a feasible route is demonstrated to enhance hole doping in ZnO:N films by the assistance of Beryllium. The newly synthesized p‐type ZnO is applied in light‐emitting devices. The corresponding p–i–n junction exhibits excellent diode characteristics, and strong near band edge ultraviolet emissions is also observed even at temperatures as high as 400 K under the injection of continuous current. The results represent a critical advance toward the development of high‐efficiency and stabilized p‐type ZnO, which is also a desirable key step for future ZnO‐based optoelectronic applications.     

纳米电子器件及其集成

对基于Top-Down加工技术的纳米电子器件如：单电子器件、共振器件、分子电子器件等的研究现状、面临的主要挑战等进行了讨论. 采用CMOS兼容的工艺成功地研制出单电子器件，观察到明显的库仑阻塞效应；在半绝缘GaAs衬底上制作了AlAs/GaAs/In0.1Ga0.9As/GaAs/AlAs双势垒共振隧穿二极管,采用环型集电极和薄势垒结构研制的共振隧穿器件，在室温下测得其峰谷电流比高达13.98，峰电流密度大于89kA/cm2；概述了交叉阵列的分子存储器的研究进展.     

GaN HEMT器件热特性的电学测试法

基于JEDEC颁布的结到壳热阻瞬态热测试界面法,对测试GaN HEMT器件热特性的电学法进行了研究.通过合理的测试电路设计,有效解决了GaN HEMT器件电学法测试中的栅极保护问题和自激问题,实现了GaN HEMT器件的界面热阻测量.根据测得的热阻-热容结构函数曲线可知,GaN HEMT器件结到壳热阻主要由金锡焊接工艺和管壳热特性决定.结合结构函数分析,对金锡焊接部分热阻和管壳热阻进行排序可剔除有工艺缺陷的器件.与红外热成像法的结温测试结果进行对比分析,证实了电学法测试结果的准确性.