氧化锌(ZnO)薄膜的性能分析(2)

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)兰州物理研究所表面工程技术国家级重点实验室 作者:赵印中

3、氧化锌(ZnO)薄膜的光电特性

        由于ZnO 具有较大的激子束缚能,特别是与GaN 比较而言(ZnO 为60 meV,GaN 为25 meV),因此,作为发光材料,ZnO 比GaN 发光更明亮,使得ZnO 在光电器件方面的应用吸引了科研人员更大的注意。另外,由于ZnO 激子具有很好的稳定性, 成为在室温下实现激子有效激发的材料。

        在发光特性方面,对ZnO 材料的研究已经从本征发光扩展到稀土元素掺杂发光以及电致发光等方面。对于ZnO 薄膜发光特性,一般观察到的发光峰主要有380 nm 处的近紫外发光峰和510 nm 处的绿光峰。大多数研究者认为,380 nm 的近紫外峰来源于带边激子跃迁,而510 nm 处的绿光峰来源于氧空位。

        图6 是真空技术网给出的In 掺杂ZnO 薄膜的光致发光(PL)谱。作者认为掺InZnO 薄膜的PL 谱中的蓝紫发射双峰来源于In 掺杂所引入的In 替位杂质和锌空位(VZn)缺陷。

氧化锌(ZnO)薄膜的光电特性

        ZnO 材料作为一种很有前途的光伏材料,对其研究也很多。真空技术网等在ITO 薄膜上用磁控溅射法沉积了ZnO 薄膜,并研究了其光电性质。结果表明,光电流达到14 μA,暗态电流接近于零,说明其具有非常强的光敏感性。这是由于双层薄膜之间的费米能级不同而形成空间内建电场的作用, 使产生的光生电子与空穴有效分离, 减少了电子和空穴的复合, 促进光生载流子的产生并延长了载流子寿命,得到了较强的光电流。

        ZnO 薄膜的外延生长温度很低,有利于降低设备成本,提高成膜质量,更重要的是易于掺杂。掺入B、Al、Ga、In 等III 族施主杂质可使其n 型导电得到增强;也可以通过掺入N、P、As 等V 族受主杂质或通过施主-受主元素共掺杂(如Ga-N 共掺杂)的办法,使其具有p 型导电特性。因此,在ZnO 光电特性的研究中,制备结型器件是ZnO 薄膜实用化的关键,制备p 型ZnO 薄膜和ZnO的同质p-n 结及异质p-n 结的研究也成为该领域中的重要研究内容。

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