非晶MgZnO薄膜制备及其光电探测器研究(4)

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由此我们得到了一些对应的解决方法：我们可以通过扩展 MgZnO 薄膜的光学带隙，提高镁含量接近 50%时的结晶质量；加强 MgZnO 材料与金属的接触特性；投入到 p 型 MgZnO 材料的制备和异质结型紫外探测器的研制中去；还有，由于紫外光的信号较弱，传播过程中损耗较大，所以加强 MgZnO 雪崩光电二极管的研究以提高紫外光响应度是十分必要的。

1.4 MgZnO 薄膜的研究进展

张锡健认为，人们已经充分掌握的 ZnSe 等蓝光材料存在着明显的不足，ZnSe 激光器易在受激发射而温度升高，从而造成缺陷的增殖，GaN 材料则由于制造设备昂贵、薄膜生长困难等缺点。相比之下，ZnO 材料不但在晶格结构、禁带宽度等方面都与 GaN 类似，而且对衬底要求不高且容易成膜。另外，他提出了制备 ZnO 基光电子器件的两个重要条件：一．获得 p 型 ZnO；二．实现能带工程[24]。

简中祥则运用了直流反应磁控溅射的方法，通过 Al-N 共掺制备获得了 p 型 MgZnO 三元合金薄膜。对衬底温度、N2O 流量比例、衬底类型对 MgZnO 薄膜性能的影响进行了研究。结果显示：1.衬底温度在 400-530℃温度区间薄膜呈现为 p 型，在 530℃薄膜具有最优的电学性能；2.在相同温度下生长的 MgZnO 薄膜，N2O/(O2+N2O)

≥0.4 时薄膜为 p 型导电，N2O/(O2+N2O)=0.7 时，薄膜结晶性能和择优取向性最好，且电阻率达最小值；3.薄膜在硅片、石英和玻璃衬底上结晶性能的优劣顺序为：硅片> 石英>玻璃。

实验还发现，掺入 Al 可促进 N 的掺入，并提高空穴的浓度，此外，薄膜的导电类型与环境中 N 的相对浓度的息息相关关系，而且 Mg 含量对薄膜的禁带宽度起到了调节作用[25]。

宿世臣和吕有明制备得到 MgZnO/n-ZnO/MgZnO/p-GaN 异质结器件并从中观察到了明显的整流特性。他们发现，注入电流的增大会促进异质结的电致发光强度的增强。实验证明了当室温注入电流为 20 mA 时，位于 370nm 和 430nm 的两个发光峰构成了电致发光光谱，对比异质结电致发光光谱与 ZnO 和 GaN 材料光致发光光谱他们发现：MgZnO/ZnO/MgZnO 双异质结结构能够阻碍 ZnO 中的电子进入 GaN 之中，相应的，GaN 中的空穴则进入 ZnO 层之中。盖层的 MgZnO 作为限制层则能够起到提高载流子复合效率的作用，使得 ZnO 异质结的室温电致激子发光得以实现[26]。

邬小鹏和傅竹西运用射频磁控溅射法，将 MgxZn1-xO 陶瓷靶的 x 控制在 0.00～0.45 的范围内在 Si(100)和石英衬底上生长 MgxZn1-xO 薄膜，并采用 XRD、XPS 和透射谱等表征方法对样品进行了表征，实验结果显示：在 x≤0.325 时 MgxZn1-xO 薄膜具有单一的(002)取向六方结构，且禁带宽度随 x 增加而增大；而当薄膜表面入射光能量大于禁带宽度时则会产生相应的光电响应；同时，当 x≥0.40 时，薄膜中会出现立方相结构，禁带宽度也随之减小，这说明了此时的薄膜已变为混相薄膜[27]。

1.5 本课题的研究内容

本实验采用磁控溅射法在单晶硅衬底上制备 MgZnO 薄膜，要求学生学习和掌握磁控溅射薄膜制备系统的使用方法、操作流程及系统的构成，从而能够熟练地运用磁控溅射法制备薄膜并理解磁控溅射沉积薄膜的原理。然后，实验再通过扫描电镜

（SEM）、X 射线衍射（XRD）和紫外可见分光光度计、PL 光谱、光谱测量系统等表征测量方法对薄膜的表面形貌、微观结构、光电学性能进行测试，从而进一步掌握一系列分析薄膜性能的试验方法。最后，通过组装成光电探测器，研究 MgZnO 薄膜的制备及光电性能，MgZnO 薄膜组装的光电探测器的光响应波长范围、暗电流及光电响应率，以及分析生长条件（衬底温度、溅射功率和氧分压等）对 MgZnO 薄膜表面形貌、微观结构和光电学性能的影响，了解组装的光电探测器的性能。