《InO_xN_(1-x)薄膜的制备与光电特性研究》

技术简介：

氮化铟(InN)由于具有十分优异的光学性能和电学性能,常被应用于太阳能电池、高速高频电子器件以及各类传感器中。目前InN薄膜材料通常由磁控溅射以及分子束外延等方法进行制备,但在这些薄膜制备方法中,常常会有不同含量的O掺入。考虑到O的掺杂会对材料性能产生一定的影响,因此这篇文章致力于对含O的InN薄膜进行研究。首先研究了磁控溅射的不同工艺参数对氮氧化铟(InO_xN_(1-x))薄膜的化学成分、微观结构、形貌以及光学性能和电学性能产生的影响。接着在以上工艺参数的基础上研究了Al和Zn掺杂对InO_xN_(1-x)薄膜的光学性能和电学性能产生的影响。另外还从理论计算角度对本征InN及其掺Zn结构的带隙和光学性能进行了探索。首先利用直流磁控溅射在不同衬底温度、本底真空度和衬底偏压的条件下制备得到了InO_xN_(1-x)薄膜。当衬底温度在300℃左右时,InO_xN_(1-x)薄膜中的O含量相对较少。较高的O含量以及高温导致In_2O_3(104)结晶衍射峰的出现。当本底真空度提高时,InO_xN_(1-x)薄膜中的O含量显著降低,并且在7e-4Pa处出现了InN(101)的择优取向。通过给衬底施加负偏压,薄膜中的O含量相对更少。对薄膜的光学性能进行研究,发现衬底温度的变化对光学性能没有明显影响,而提高本底真空度以及给衬底施加负偏压可以增强InO_xN_(1-x)薄膜的光学吸收能力,减小光学带隙。另外,通过对薄膜的电学性能进行研究,发现提高衬底温度以及给衬底施加负偏压可以降低薄膜的电阻率。而提高本底真空度以及给衬底施加正偏压可以改善薄膜的氧化还原性能。通过掺杂实验发现,Al、Zn均被掺入InO_xN_(1-x)薄膜中,Al-Zn共掺杂时,Al具有更高的沉积效率。单独掺杂Zn元素时出现了ZnO(101)结晶峰。在掺入较少量的Al以及掺入较多量的Zn时,薄膜表面更加光滑致密。少量掺入Al元素后,薄膜的氧化还原性能增强。此外,掺入Zn元素后,薄膜的光学吸收谱与未掺杂条件下几乎相同,光学带隙值减小,与理论计算结果一致。总之改变衬底温度、本底真空度和衬底偏压以及对薄膜进行Al和Zn元素掺杂会对InO_xN_(1-x)薄膜的化学成分、微观结构、形貌、光学性能和电学性能产生不同的影响,这为InO_xN_(1-x)薄膜的制备以及性能的优化提供了一定的指导。

研发人员：季雪梅