半导体薄膜制备及光电性能表征
NiO基半导体光电薄膜的制备及性能研究
一曲ｏ
一ｋｂ—目ｊｇｃ８Ｅ＆Ｅ∞ｕ
ｃｍ西聋。葛磬＿ｌ＆９Ｅ旦《
图１—４氧含量与衬底温度的关系Ｉ‘７］
随着品粒尺寸的增大而变小。 为了调节ＮｉＯ薄膜的禁带宽度，使之适应不同应用的需要，我们尝试通过
掺杂调节ＮｉＯ薄膜的禁带宽度。通过在ＮｉＯ中掺Ｍｇ形成了Ｍｇ。Ｎｉｌ一。Ｏ固溶体， 成功实现了ＮｉＯ禁带宽度向高端移动。实验结果表明，“ｊ Ｍｇ含量在０．２～０．３之 Ｍ时，Ｍｇ、ＮｉｈＯ薄膜的禁带谢皮处丁２４０－－２８０ｎｍ，｛ｍｊ’处ｒ【。ｌ钉光，谱范闭。 光ｉ；｝年Ｉ【｜＿＿】ｊ应测试表明，Ｍｇｏ ３Ｎｉｏ ７０对太阳光不敏感，而ｘ，Ｊ ２５４ｎｍ的紫外光具有很 好的ｎｌｈＪｊ，ｔＬ特性，电阻变化高达４０％。以上结果说明Ｍｇ。ＮｉｈＯ是一种具有潜在应 用Ｉｊｉ『景的太阳盲区紫外探测器用利料。
ＮｉＯ在：室温下不具有导电性。理论研究发现ＮｉＯ禁带达到４ ０ｅＶ，具有绝缘体 性质。但是由于氧化镍薄膜中存在Ｎｒ的空位，使得薄膜呈现空穴导电，因此， ＮｉＯ常常作为一种宽禁带Ｐ型半导体材料，受到广泛的关注［Ｉ ５，１６１，但ＮｉＯ的电
学性质受到沉积温度的影响。Ｙ．Ｍ．Ｌｕ采用溅射法制备ＮｉＯ薄膜发现，随着衬 底温度的升高，ＮｉＯ薄膜的载流子浓度降低，即薄膜电阻随温度升高而升高，
半导体薄膜
载流子浓度和迁移率是半导体薄膜电学性能的重要参数，受到
温度、掺杂浓度和缺陷等因素的影响。
光学性能与电学性能
光学性能
半导体薄膜的光学性能包括透过率、反射率、吸收系数等 。这些性能与薄膜的厚度、折射率、消光系数等密切相关 。
电学性能
半导体薄膜的电学性能主要包括电阻率、载流子迁移率、 击穿电压等。这些性能决定了半导体薄膜在电子器件中的 应用范围和性能表现。
。
缺陷对性能的影响
缺陷对半导体薄膜的性能有重要 影响，如影响载流子浓度、迁移
率、光学透过率等。
电子结构与能带
能带结构
01
半导体薄膜的能带结构决定了其电子状态和电子行为。通常包
括价带、导带和禁带三部分。
载流子类型
02
半导体薄膜中的载流子可以是电子或空穴，这取决于其掺杂类
型和浓度。
载流子浓度和迁移率
03
通过交替通入不同的前驱 体气体，使它们在基片表 面发生化学反应，逐层生 长出半导体薄膜。
03
半导体薄膜结构与性能
ห้องสมุดไป่ตู้体结构与缺陷
晶体结构
半导体薄膜的晶体结构通常包括 单晶、多晶和非晶三种类型。单 晶结构具有长程有序性，多晶由 许多小晶粒组成，而非晶则缺乏
长程有序性。
缺陷类型
半导体薄膜中常见的缺陷包括点 缺陷（如空位、间隙原子等）、 线缺陷（如位错、堆垛层错等） 和面缺陷（如晶界、孪晶界等）
薄膜材料的表征方法-PPT
❖ 主要缺点就是: ①容易滑伤较软得薄膜并引起测量误差; ②对于表面粗糙得薄膜,其测量误差较大; ③需要事先制备带有台阶得薄膜样品; ④只能用来测量制成得薄膜得厚度百度文库不能用于
制膜过程中得实时监控。
3、2 薄膜结构得表征
❖ 薄膜结构得表征方法(扫描电子显微镜:透射电子显微镜;X射线 衍射方法;低能电子衍射与反射式高能电子衍射)
❖ 通过测量膜厚可以确定各种薄膜得沉积速率,即 以所测膜厚除以溅射时间得到平均沉积速率,因 此精确测量膜厚变显得尤为重要。
❖ 粗糙度仪法测膜厚得优点就是:
①直观―可以直接显示薄膜得几何厚度与表面(或 厚度)得不均匀;
②精确度高―在精确测量中,精度可达到0、5nm,通 常也能达到2nm,因此常用来校验其它膜厚测试方 法得测试结果;
❖ 椭偏光谱学就是一种利用线偏振光经样品反射后转变
为椭圆偏振光这一性质以获得样品得光学常数得光谱 测量方法,它区别于一般得反射透射光谱得最主要特 点在于不直接测算光强,而就是从相位空间寻找材料 得光学信息,这一特点使这种测量具有极高得灵敏度。
❖ 椭偏光谱仪有多种结构,如消光式、光度式等,消光式 椭偏仪通过旋转起偏器与检偏器,对某一样品,在一定 得起偏与检偏角条件下,系统输出光强可为零。由消 光位置得起偏与检偏器得方位角,就可以求得椭偏参 数。然而,这种方法在具有较大背景噪声得红外波段
❖ 式中, tgΨ 表示反射前后光波P、S 两分量得振幅衰减比, △=δp -δs 表示光波P、S 两分量因反射引起得相应变化之 差。
半导体材料测试与表征
1.蓝闽波.纳米材料测试技术[M] .华东理工大学出版 社 ,2009.5 ,34~120. 2.周玉.材料分析测试技术[M].哈尔滨工业大学出版社 ,2007.8. 3.陈文哲.材料测试与表征技术的挑战和展望[J]. 理化检验, 2007 , 43(5):89~91.. 4.吴征铠，唐敖庆.分子光谱学专论，山东科学技术出版社， 1999. 5.王斌,徐晓轩,秦哲,宋宁,张存洲.分子束外延n-GaAs/SI-GaAs薄膜 材料的拉曼光谱研究.光谱学与光谱分析.2008,28(9):2013-2016.
材料结构表征的内容与基本方法
XRD、ED、Raman、中子衍射
XRD、IR、Raman、XPS、AES
TEM、SEM、AFM、STM
结构分析
形貌分析
成分分析 表面与界面分析
IR、Raman
XPS、AES
半导体材料的测试与表征
20世纪 50年代
20世纪 70年代
现代
电阻率、霍耳系数、
表 磁阻、光电导、光 征 吸收、 X射线衍射、
Thank you ！
1570 1590
a生长2min样品的Raman光谱
d
b生长30min样品的Raman光谱
c
c生长1h样品的Raman光谱 d生长2h样品的Raman光谱
b
a
Intensity (a.u.)
氧化铟锡薄膜材料制备及其光电特性研究
氧化铟锡薄膜材料制备及其光电特性研究
高玉伟;张丽丽;周炳卿;张林睿;张龙龙
【摘要】The Sn doped In2 O 3 thin films were prepared on the glass substrates by sol-gel and rotating film method with InCl3 ·4H 2 O and
SnCl4 ·5 H 2 O.The effects of blending tin concentration coating layer,
heat-treatment temperature and time on the optical and electrical properties of ITO thin films were investigated.The experimental results show that the square resistance and the transmission rate of ITO thin film are related to the blending tin concentration,coating layer,heat-treatment temperature and time. And the best blending tin concentration is
12wt%,heat treatment temperature and time are 450 ℃ and 60 min,the coating layer is 6,respectively.The square resistance of ITO thin film is
有机半导体发光材料的制备与性能研究
有机半导体发光材料的制备与性能研究
第一章介绍
有机半导体是一类具有半导体性质的有机物质，具有良好的发光性能，成为了发展当前绿色、环保、高效的照明技术的重要材料。有机半导体发光材料的研究已经成为了科研人员的热点话题之一。本文将介绍有机半导体发光材料的制备和性能研究。
第二章有机半导体发光材料的制备
有机半导体发光材料的制备方法有很多，包括化学合成、物理气相沉积、溶液法、纳米技术等。本章主要介绍化学合成和溶液法两种方法的原理和步骤。
2.1 化学合成法
化学合成法是有机半导体发光材料制备的一种常用方法，其原理是采用化学合成方法合成具有发光性质的有机分子。该方法制备的产品纯度高、结构可控、重复性好等优点。常用的化学合成方法包括聚合法、偶极体法、串联法等。
2.2 溶液法
溶液法是制备有机半导体发光材料的较为简单、便捷的方法。其原理是将有机半导体分子溶解在有机溶剂或水中，然后通过溶液的形式制备出所需的膜或薄膜。该方法具有操作简便、生产效
率高、成本相对较低等优点。普遍应用于研究和制备有机光电器件。
第三章有机半导体发光材料的性能研究
有机半导体发光材料的性能研究是对其光学性能、电学性能、化学性质等多方面进行研究的过程。本章主要介绍有机半导体发光材料的光学性质和电学性质的研究结果。
3.1 光学性质研究
有机半导体发光材料的光学性质主要包括激发态、荧光峰、发光性能等方面。通过对其光学性质的研究，可以对其光电性质的表现规律有一定的了解。
3.2 电学性质研究
有机半导体发光材料的电学性质主要包括电流-电压特性、电子传输性能等方面。通过对其电学性质的研究，可以对其在电子器件中的应用进行深入的探索。
有机半导体的制备与性能研究
有机半导体的制备与性能研究有机半导体是一类具有优异光电性能的材料，具有很高的应用
潜力，已经应用于有机薄膜晶体管、有机太阳能电池、有机发光
二极管等方面。有机半导体具有相对较低的制造成本和便于成膜
等优点，因此备受瞩目。在此背景下，本文将重点介绍有机半导
体的制备和性能研究进展。
一、有机半导体的制备
有机半导体的制备一般包括合成和薄膜制备两个方面。
1. 合成方面
有机半导体的合成方法包括化学合成、离子束辐射和染料散内
反应等。其中，最常用的是化学合成。化学合成的方法主要包括
二硫化铁、整合物、枕垫法、催化剂等一些方法。这些方法不仅
能够合成相应的有机半导体材料，而且通过调节合成方法中的反
应条件，可以调控有机半导体的晶体结构、形貌、能带结构和电
性能等。这就为有机半导体材料的性能优化提供了强有力的工具，对开发新型高性能有机半导体材料也提供了很好的思路。
2. 薄膜制备方面
有机半导体的薄膜制备方法主要包括溶液法、气相沉积法和物
理气相沉积法等。溶液法是有机半导体薄膜制备中最常见的方法，其优点是成本低，易于制备；气相沉积法和物理气相沉积法能够
制备高质量的有机半导体薄膜，但是成本较高。有机半导体薄膜
的制备质量在很大程度上决定了有机半导体器件性能的稳定和可
靠性。
二、有机半导体的性能研究
有机半导体的性能研究主要包括光电性能、电学性能和结构性
质三个方面。
1. 光电性能
有机半导体的光电性能指的是有机半导体的吸收光谱、荧光光谱、漏电流、光电导等方面的性质。其中，吸收光谱是表征有机
半导体能带结构和能带隙的关键参数，荧光光谱则用于研究有机
化学气相沉积法制备二硫化钼薄膜及电学性能表征
化学气相沉积法制备二硫化钼薄膜及电学性能表征作为一类重要的二维平面半导体材料,二硫化钼(MoS2)薄膜以其独特的物理性能受到广泛关注和深入研究。因其拥有与石墨烯类似的微观结构、具备较为理想的载流子迁移率以及对段沟道效应近乎免疫等特点,MoS2在多种微电子器件上,如储氢器件、场效应晶体管(MOSFET)以及光电传感器等,都有着很大的应用前景。本文采用化学气相沉积法(CVD)制备了多种形貌的MoS2薄膜,并对薄膜形貌、结构以及电学特性进行了表征；在此基础上,制备了不同层数、带有背栅或顶栅结构的MOSFET,并对MOSFET的电学性能进行了表征；最后,本文还制备了MoS2基光敏传感器,并对器件性能进行了测试。
具体研究内容如下：(1)对CVD法制备MoS2薄膜的工艺进行了探索。通过光学显微镜、原子力显微镜、拉曼散射图谱、XRD衍射图谱等手段对MoS2薄膜的微观形貌、结晶质量等进行了表征,研究了不同参数对MoS2薄膜制备的影响,确定了最优工艺条件。并通过对工艺流程进行改进的方法减少了MoS2中3R亚稳结构的出现,有效的提高了薄膜的结晶质量。
(2)分别选取了CVD法制得的单层或多层MoS2薄膜为沟道材料,制备了具有背栅结构的场效应晶体管(MOSFET),并对MOSFET进行了电学性能测试。测试结果表明单层MoS2沟道载流子迁移率大小约为0.03±0.01 cm2V-1s-1,而3层MoS2沟道的载流子迁移率大小约为0.6 cmV-1s-1,大于单层MoS2沟道的电子迁移率。单层或多层MoS2沟道均为N型。
有机半导体材料的光电性能研究
有机半导体材料的光电性能研究
随着科技的迅猛发展，人们对能源的需求也越来越大。然而，传统的能源资源
存在使用寿命短、环境污染等问题，迫使人们转向寻找新型的清洁能源，太阳能便成为了人们关注的热点之一。而有机半导体材料在太阳能电池领域受到了广泛的关注。本文将围绕有机半导体材料的光电性能展开讨论，探究其在太阳能电池领域的应用前景。
有机半导体材料是一类由碳、氢、氮、氧等元素组成的高分子材料，具备导电
性能。与传统的硅基半导体材料相比，有机半导体材料具有优越的柔性、低成本和高效率的特点，将其应用于太阳能电池领域，具备较大的潜力。
首先，有机半导体材料在光吸收方面具有明显的优势。有机半导体材料的分子
结构可以通过调整来实现在特定波段的吸收，因此可以实现对太阳光谱的高效吸收。此外，与硅基太阳能电池不同，有机半导体材料可以灵活地制备成薄膜形式，增加了单位面积上的光吸收量，提高了太阳能电池的能量转换效率。
其次，有机半导体材料在载流子输运方面具有优异的特性。由于有机半导体材
料的分子结构较为复杂，其中电子和空穴在载流子输运过程中会遇到较多的散射中心，因此在载流子输运过程中阻碍较大。然而，研究者们通过改进分子结构，提高了有机半导体材料的载流子迁移率，在更低的电场下实现了更高的载流子迁移率，提高了太阳能电池的效率。
此外，有机半导体材料具有光电转换效率高和易加工成型的特点。相比于传统
的硅基太阳能电池，有机半导体材料可以在低成本、大面积和柔性可弯曲的基板上制备，因此可以在窗户、建筑物表面等多种场景中进行应用。此外，有机半导体材料的分子结构可以进行功能调控，可以进一步提高光电转换效率，为日益增长的能源需求提供解决方案。
半导体薄膜制备及光电性能表征
半导体薄膜制备及光电性能表征
一、实验简介
半导体薄膜实验主要内容：半导体薄膜简介,以ZnO薄膜为例,介绍其性能、生长和应用；磁控溅射生长ZnO薄膜；霍尔效应介绍；ZnO薄膜的性能测试,以Hall测试来表征ZnO薄膜的电学性能;
二、半导体薄膜
半导体薄膜的基本分类可如下：1Ⅳ族半导体,如Si、Ge、金刚石等,为元素半导体；SiC等,为化合物半导体;2Ⅱ-Ⅵ族半导体,如Zn、Cd与O、S、Se、Te形成的化合物,主要有CdS、ZnSe、ZnO等,为化合物半导体;3Ⅲ-Ⅴ族半导体,如Al、Ca、In与N、P、As等形成的化合物,主要有InP、GaAs、GaN等,为化合物半导
等;5有机半导体;
体;4复杂化合物半导体,如CuIn,GaSe
2
在上述半导体材料中,Si和Ge的禁带宽度分别是和,此类半导体为窄禁带半导体；ZnO和GaN的禁带宽度均约为,此类半导体为宽禁带半导体;另外,按照能带结构,导带底和价带顶在K空间中是否处在同一位置,还可分为间接带隙和直接带隙半导体,Si、Ge为间接带隙半导体,ZnO、GaN为直接带隙半导体;
本实验以ZnO为例介绍半导体材料,ZnO在自然界中以矿物的形式存在,人们在研究应用的过程中,先后制备出了多种形态的ZnO材料,如：粉体、陶瓷体材、体单晶、薄膜和纳米结构等;薄膜材料指的是利用某些生长技术,在衬底或基板上沉积一层很薄的材料,厚度通常在nm或μm量级;
三、ZnO半导体薄膜
ZnO是一种“古老”而又“新颖”的材料,ZnO很早便作为一种陶瓷结构被广泛应用,而ZnO作为一种半导体材料的研究则始于上世纪80年代;ZnO是一种Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体材料,同GaN一样,为直接带隙宽禁带半导体,室温下禁带宽度;ZnO 激子结合能为60meV,是GaN25meV的2倍多,可以实现室温甚至高温的激子复合发光,是一种理想的短波长发光器件材料;
光电器件中半导体氧化物薄膜的制备与性能研究
光电器件中半导体氧化物薄膜的制备与性能
研究
随着科技的进步和人们对能源和环境问题的关注，光电器件的研究和发展成为
了一个热门领域。在光电器件中，半导体氧化物薄膜的制备与性能研究起着重要的作用。本文将探讨半导体氧化物薄膜的制备方法以及它们的性能特点。
一、制备方法
1. 物理气相沉积
物理气相沉积是一种常用的制备半导体氧化物薄膜的方法。它通过将固体材料
加热蒸发，然后在衬底表面形成薄膜。这种方法可以得到高质量的薄膜，但是制备过程需要较高的温度和真空条件，还有一定的材料浪费。
2. 溶液法
溶液法是制备半导体氧化物薄膜的另一种常用方法。它通过将固体材料溶解在
溶剂中，然后在衬底表面进行沉积。这种方法可以在较低的温度和大气条件下实现，制备过程简单、成本低廉。但是溶液法制备的薄膜晶型和结构较差，影响了性能。
3. 气相沉积法
气相沉积法是近年来发展起来的一种制备半导体氧化物薄膜的新方法。它通过
气体反应的方式在衬底表面形成薄膜。这种方法可以在较低的温度和大气条件下实现，薄膜的晶型和结构较好。由于气相沉积法制备的薄膜具有较好的性能，越来越受到研究人员的关注。
二、性能研究
1. 光学性能
半导体氧化物薄膜在光电器件中起到光学传感器的作用，因此其光学性能的研
究至关重要。研究人员通过光谱测量和表征技术，研究了半导体氧化物薄膜的吸收、透明度、折射率等光学性能指标，为薄膜在光电器件中的应用提供了理论依据。
2. 电学性能
半导体氧化物薄膜在光电器件中还起到电子传导的作用，因此其电学性能的研
究也是非常重要的。研究人员通过电学测量和器件测试，研究了半导体氧化物薄膜的导电性、载流子迁移率等电学性能指标，为薄膜的设计和优化提供了理论基础。
有机半导体材料的制备及其光电性能研究
有机半导体材料的制备及其光电性能研究
半导体是一种具有自带能隙的材料，能够在一定条件下进行电子的传导。有机
半导体作为新材料，具有优异的光电性能，并且可以通过改变结构和合成方法调控其性能。因此，有机半导体材料的制备及其光电性能研究备受关注。
有机半导体材料的制备
有机半导体材料的制备包括溶液法和真空蒸发法两种方式。
溶液法指的是将有机半导体材料和溶剂混合，并在玻璃基板上自由旋涂制备薄
膜的方法。通过蒸发溶剂或者进行退火处理，使有机分子在基板上形成有序排列的结构。这种制备方式具有低成本、高效率、大面积制备等优点，因此被广泛应用。但是，溶液法制备的有机半导体薄膜的晶体质量受到溶液中杂质的影响较大，其晶体结构不够完整。
与此相对应的，真空蒸发法指的是通过在真空条件下使有机材料升华，再沉积
在基板上形成有机气相薄膜的方法。该制备方式具有杂质少、晶体质量好、分子间作用力强等优点，但其制备条件较为苛刻、制备效率较低、只能制备较小面积单晶薄膜等缺点也存在。
有机半导体材料的光电性能研究
有机半导体材料的光电性能是指其在光的激发下发生光电转换的能力，包括吸
收光谱、荧光发射光谱、透明度、导电性等性能。
其中，吸收光谱是表征材料吸收不同波长光线的能力和对材料的光电性质的影
响最直接的催化剂。吸收光谱受到分子结构、共轭长度等因素影响。
荧光发射光谱是指在激发下能够发射特定波长光线的现象。荧光发射光谱与吸
收光谱紧密相关，其荧光峰位和荧光强度均受到分子结构和共轭长度等因素的影响。
透明度是指光在材料内部传播的损失程度。材料透明度与其分子结构、天然有机物的存在、氧化程度等因素有关。
有机半导体薄膜光电特性及其在光伏领域的应用
有机半导体薄膜光电特性及其在光伏领域的
应用
随着人类社会对能源使用的要求变得越来越高，越来越多的科
学家和工程师开始探索使用新材料和新技术来解决能源问题。有
机半导体材料是其中的一种材料。它有很多优秀的特性，如柔性，低成本，可加工性等，因此在光电技术领域有着广泛的应用。本
文将探讨有机半导体薄膜的光电特性及在光伏领域的应用。
一、有机半导体薄膜的光电特性
有机半导体薄膜的光电特性是指在外部光照射下，电荷在其内
部的运动状态和行为特点。它与材料的结构、组成以及制备方法
等因素密切相关。
首先，有机半导体材料的光吸收特性是其光电特性的一个关键
因素。其光吸收性质可由吸收谱来描述。有机半导体薄膜在紫外、可见光和近红外光区均有着较强的吸收能力，并且其吸收峰位可
通过化学结构的改变进行调整。例如，由聚芴薄膜构成的器件，
其光吸收谱主要集中在400 ~ 500 nm区域。但是，其吸收谱范围
存在一定的限制。当光子能量大于材料的带隙，大量的光子将被
反射或穿透，导致能量效率较低，这也是该材料在太阳能电池中
效率受限的原因之一。
其次，有机半导体薄膜的光电传输性质是其电学特性的一个重
要表征。这一特性可以通过载流子迁移率和载流子扩散系数等参
数来描述。以聚芴薄膜为例，其载流子迁移率通常在1 ~ 10
cm2/Vs之间，而功函数则在4.0 ~ 5.5 eV之间。此外，负载流子扩散长度也是影响器件性能的重要影响因素。
最后，有机半导体薄膜的光电特性中还包括其光电阻障特性。
其光电阻障特性是指，当有机半导体薄膜中电子和空穴滞留时，
会形成一个激子。这个激子会影响其电导率，并影响器件的光电
半导体制备dgo-strip
半导体制备dgo-strip
随着半导体技术的不断发展，各种新型半导体材料的研究和制备也成为了研究热点之一。dgo-strip作为一种半导体材料，在光电子器件和光学器件领域有着广泛的应用前景。本文将介绍关于dgo-strip的相关知识，以及其制备过程、特性和应用前景。
一、dgo-strip的概念
dgo-strip，即离子辅助（Ion-Assisted）的金属有机化学气相沉积技术（MOCVD）薄膜制备技术，是一种新型的半导体材料。该材料具有优异的光电特性和热学性能，因此在光电子器件和光学器件领域具有广泛的应用前景。
二、dgo-strip的制备过程
1. 前体材料选择：选择高纯度的金属有机化合物作为前体材料，通常使用铝、镓、氮等元素的有机化合物。
2. 气相沉积过程：将前体材料输送至反应器中，与载气混合后在衬底表面发生化学反应，生成dgo-strip薄膜。
3. 离子辅助技术：通过对反应物料进行离子辅助处理，可以调控薄膜的成分和结构，得到具有优异性能的dgo-strip薄膜。
三、dgo-strip的特性
1. 光电特性：dgo-strip具有优异的光电特性，具有较高的载流子迁移率和较窄的能隙，适用于制备高性能的光电子器件。
2. 结构特性：dgo-strip的晶格结构稳定，具有优异的热学性能，适用于制备高温工作的器件。
3. 应变特性：dgo-strip在外界应变下依然具有稳定的性能，适用于高应变环境下的器件制备。
四、dgo-strip的应用前景
1. 光电子器件：dgo-strip可以作为高性能探测器和传感器的基底材料，广泛应用于光学通信、光学成像和光电子测量等领域。
SiC薄膜的制备及性能研究
SiC薄膜的制备及性能研究之答禄夫天创作指导老师：
学生姓名：
专业班级：资料工程
摘要
碳化硅被誉为下一代半导体资料，因为其具有众多优异的物理化学特性，被广泛应用于光电器件、高频大功率、高温电子器件。本文论述了SiC研究进展及应用前景，从光学性质、电学性质、热稳定性、化学性质、硬度和耐磨性、掺杂物六个方面介绍了SiC的性能。SiC有高的硬度与热稳定性,稳定的结构,大的禁带宽度 ,高的热导率,优异的电学性能。同时介绍了SiC的制备方法：物理气相沉积法和化学气相沉积法，以及SiC薄膜表征手段。包含X射线衍射谱、傅里叶红外光谱、拉曼光谱、X 射线光电子能谱等。最后讲了SiC的光学性能和电学性能以及参杂SiC薄膜的光学性能研究进展。
关键词：SiC，溅射，掺杂，性能研究
Study On The Synthesis And Properties Of SiC Film
C l a s s: Material Engineering
N a m e: Hengyi Wang
Instructor: Yuxiang Li
Abstract
Silicon carbide is known as next-generation semiconductor materials, because it has many excellent physical and chemical characteristics, widely applied light electric parts, high frequency power, high temperature electronic devices.This paper expounds the research progress and application prospects of foundation, from optical properties, electrical properties, thermal stability, chemical properties, hardness and abrasion resistance, doping thing six aspects introduces the performance of SiC.SiC has high hardness and thermal stability, stable structure, large forbidden band width, high thermal conductivity, excellent electrical properties.Meanwhile introduces the preparation methods of SiC: the physical vapor deposition and chemical vapor deposition, and SiC film characterization methods.Including X-ray diffraction spectrum, Fourier infrared spectra,
纳米结构有机半导体薄膜材料及其在光电器件中的应用研究
纳米结构有机半导体薄膜材料及其在光电器
件中的应用研究
随着半导体技术的快速发展，纳米结构有机半导体薄膜材料在光电器件中的应用逐渐升温。作为一种新型的半导体材料，纳米结构有机半导体薄膜材料具有许多独特的性质，如可塑性、可溶性、低成本等优点，这使得其在柔性电子学、有机太阳能电池、有机场效应晶体管以及光电探测器等领域有着广泛的应用价值。
一、纳米结构有机半导体薄膜材料的制备方法
纳米结构有机半导体薄膜材料通常采用溶液法制备，其制备流程主要包括材料的选择、溶液的制备、薄膜的沉积以及后处理等步骤。目前，可用的制备方法主要有旋涂法、喷涂法、印刷法、场致生长法、自组装法等。其中，旋涂法是最常用的一种方法，其制备流程简单，成本低，适用于大面积的薄膜制备。
二、纳米结构有机半导体薄膜材料在光电器件中的应用
1. 有机太阳能电池
有机太阳能电池是一种新型的光伏器件，通过光伏效应将光能转化为电能。目前，用于太阳能电池的纳米结构有机半导体薄膜材料主要包括聚合物、配合物和低分子有机化合物等。其中，聚合物太阳能电池具有高效率、低成本等优点，已经成为研究的热点。
2. 有机场效应晶体管
有机场效应晶体管是一种新型的电子器件，其主要应用于液晶显示屏、RFID 等领域。纳米结构有机半导体薄膜材料通过旋涂等制备方法可以制备出高质量的薄膜，为有机场效应晶体管的制备提供了可靠的材料基础。
3. 光电探测器
光电探测器是一种常见的光电器件，其主要用于光通信、光电传感等领域。纳米结构有机半导体薄膜材料由于其好的光电性能，在光电探测器中也有着广泛的应用。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
半导体薄膜制备及光电性能表征
一、实验简介
《半导体薄膜》实验主要内容：半导体薄膜简介，以ZnO薄膜为例，介绍其性能、生长和应用；磁控溅射生长ZnO薄膜；霍尔效应介绍；ZnO薄膜的性能测试，以Hall测试来表征ZnO薄膜的电学性能。
二、半导体薄膜
半导体薄膜的基本分类可如下：（1）Ⅳ族半导体，如Si、Ge、金刚石等，为元素半导体；SiC等，为化合物半导体。（2）Ⅱ-Ⅵ族半导体，如Zn、Cd与O、S、Se、Te形成的化合物，主要有CdS、ZnSe、ZnO等，为化合物半导体。（3）Ⅲ-Ⅴ族半导体，如Al、Ca、In与N、P、As等形成的化合物，主要有InP、GaAs、GaN等，为化合物半导体。（4）复杂化合物半导体，如Cu（In，Ga）Se2等。（5）有机半导体。
在上述半导体材料中，Si和Ge的禁带宽度分别是1.12eV和0.66eV，此类半导体为窄禁带半导体；ZnO和GaN的禁带宽度均约为3.37eV，此类半导体为宽禁带半导体。另外，按照能带结构，导带底和价带顶在K空间中是否处在同一位置，还可分为间接带隙和直接带隙半导体，Si、Ge为间接带隙半导体，ZnO、GaN为直接带隙半导体。
本实验以ZnO为例介绍半导体材料，ZnO在自然界中以矿物的形式存在，人们在研究应用的过程中，先后制备出了多种形态的ZnO材料，如：粉体、陶瓷体材、体单晶、薄膜和纳米结构等。薄膜材料指的是利用某些生长技术，在衬底或基板上沉积一层很薄的材料，厚度通常在nm或μm量级。
三、ZnO半导体薄膜
ZnO是一种“古老”而又“新颖”的材料，ZnO很早便作为一种陶瓷结构被广泛应用，而ZnO作为一种半导体材料的研究则始于上世纪80年代。ZnO是一种Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体材料，同GaN一样，为直接带隙宽禁带半导体，室温下禁带宽度3.37eV。ZnO激子结合能为60meV，是GaN（25meV）的2倍多，可以实现室温甚至高温的激子复合发光，是一种理想的短波长发光器件材料。
ZnO晶体有三种不同的晶体结构。自然条件下，其结晶态是单一稳定的六方纤锌矿（Wutzite）结构，属六方晶系，图1为不同视角下的结构示意图。分子结构的类型介于离子键和共价键这之间。晶格常数为a=0.3243nm、c=0.5195nm，Zn-O间距为0.194nm，配位数为4：4。ZnO的分子量为81.39，密度为5.606 g/cm-3，无毒、无臭、无味、无砂性两性氧化物，能溶于酸、碱以及氨水、氯化铵等溶液，不溶于水、醇(如乙醇)和苯等有机溶剂。熔点为l975 ºC，加热至1800 ºC 升华而不分解。
图2显示了常用的一些半导体材料禁带宽度和晶格常数的关系。在所有的宽禁带半导体中，ZnO与GaN最为接近，有相同的晶体结构、相近的晶格参数和禁带宽度，ZnO与GaN的晶格失配很小(~1.8%)。ZnO可以与CdO或MgO形成ZnCdO或ZnMgO三元合金。CdO的禁带宽度为2.3 eV，MgO的禁带宽度为
7.7eV，理论上，ZnO和CdO或MgO形成的三元合金体系可以将禁带宽度扩展到2.3~7.7 eV的范围，覆盖了从紫外到可见光的大部分波谱范围。
ZnO为极性半导体，存在着诸多的本征缺陷（如：Zn间隙Zni和O空位VO 等），天然呈n型。ZnO可供选择的施主掺杂元素很多，包括IIIA族元素（如B、Al、Ga、In）、IIIB族元素（如Sc和Y）、IV A族元素（如Si、Ge和Sn）、VIB 族元素（如Ti和Zr）、VB族元素（如V和Nb）、VI 族元素（如Mo），他们掺入ZnO取代Zn，提供电子。此外，掺入F、Cl等VII族元素O，提供电子。IIIA 族元素Al、Ga、In是最为常用的，特别是Al掺杂ZnO（AZO）薄膜，10-3~10-4Ωcm量级。
图1 ZnO晶体原子点阵示意图
图2 半导体材料禁带宽度和晶格常数的关系
相对于n型掺杂，ZnO的p型掺杂困难得多。全世界科学家10余年不懈努力，实验室中实现了较为稳定且低阻的p型ZnO薄膜，但离实用化还有不小的距离ZnO的p型掺杂主要通过以下两个途径：一种是Ⅰ族元素，如Li、Na、K、
Au、Ag、Cu等，替代Zn形成浅受主，产生空穴；另一种是Ⅴ族元素，如N替代O形成受主，产生空穴，掺入P、As、Sb等也可以产生空穴。目前研究最多的是N元素掺杂，多元素掺杂技术：N替代-H钝化、施主–受主共掺杂、双受主共掺杂等方法。N替代O 受主能级深(200meV)，空穴激活难；N在ZnO中固溶度低(平衡态1013/cm3)，掺入难；本征ZnO中氧空位缺陷密度高，自补偿严重。
目前，几乎所有的制膜技术均可用于ZnO薄膜的生长，而且生长温度一般较低，这有利于减低设备成本，抑制固相外扩散，提高薄膜质量，也易于实现掺杂。薄膜生长方法可大致分4种：物理气相沉积（PVD）、化学气相沉积（CVD）、液相外延（LPE）、湿化学方法（WCM）。物理气相沉积包括很多种方法，如溅射、蒸发、脉冲激光沉积（PLD）、分子束外延（MBE）等。化学气相沉积目前常用的为金属有机物化学气相沉积（MOCVD），此外，能量增强CVD、超高真空CVD、原子层外延等也属于CVD的范畴。液相外延是一种从过冷饱和溶液中析出固相物质并沉积在单晶衬底上生成单晶薄膜的方法，目前应用较少。湿化学方法有很多种，如溶胶-凝胶、喷雾热分解、液相电沉积等。
ZnO是一种多功能氧化物材料，在光电、压电、热电、铁电、铁磁等各个领域都具有优异的性能，在表面声波、太阳能电池等诸多领域得到了广泛应用。ZnO 光泵浦紫外受激辐射的获得和p型掺杂的实现，ZnO薄膜作为一种新型的光电材料，在紫外探测器、LED、LD等领域有着巨大的发展潜力。ZnO在应用方面具有很多明显的优势：原料丰富，价格低廉；成膜性能好，外延生长温度低；有商用体单晶，可以进行同质外延；是一种环境友好材料，生物兼容性好等。
四、磁控溅射生长ZnO薄膜
溅射（Sputtering）是建立在气体辉光放电的基础上，利用气体辉光过程中产生的正离子与靶材表面原子之间的动量交换，把物质从原材料移向衬底，实现薄膜的沉积。其中，磁控溅射是一种应用最为广泛和成熟的技术，可以克服通常溅射方法速率低和基片温升过高的弱点，适于大面积薄膜制备。磁控溅射与IC平面器件工艺具有兼容性，对设备要求不高，生产成本较低。
所谓磁控溅射，就是在二极溅射的基础上附加一个磁场，利用电子在正交电磁场中作螺旋线轨迹运动，进一步提高真空溅射镀膜的效率和质量。金属靶材为阴极，阳极接地，也可以是正电位，两极间通入工作气体，在此以氩气（Ar）为例，当两极间施加高压时，电极间的Ar发生电离，没有磁场时，就是普通的二极溅射。电离产生的电子向阳极作加速运动，而Ar+向阴极作加速运动，撞击阴极靶材。Ar+与靶材原子作动能交换，靶材原子获得的能量大于金属的逸出功时，将离开靶材表面。当垂直于靶面方向存在一个与电场正交磁场时。由洛仑兹定理可知，这时靶表面附近的电子运动轨迹发生改变，不再做直线运动，而是螺旋线运动。实际上它们的运动轨迹是很复杂的，不仅跟电场，磁场的强度和分布有关，而且还跟电子电离时的运动状态有关。
在磁控溅射系统中，一次电子（在等离子体中Ar原子电离出来的电子）有两个特点：其一，运动路径由直线运动变成了螺旋运动，运动路程大大增长，因此，它同Ar原子的碰撞几率明显增加，最终使得Ar原子的离化率大大提高。其二，某些可能飞向衬底的一次电子由于受磁场影响作而作螺旋运动，与Ar原子碰撞的几率增加，到达衬底表面的电子数量减少，电子能量大幅衰减小，从而对衬底上的薄膜因轰击而损伤的程度也大为降低。磁控溅射中的放电过程是异常阴