退火温度对掺氮ZnO薄膜结构和光电特性的影响  

Influence of the Annealing Temperature on the Structural and Optical Properties of N-Doped ZnO Films

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作  者:钟声[1] 徐小秋[1] 孙利杰[1] 林碧霞[1] 傅竹西[1] 

机构地区:[1]中国科学技术大学物理系,合肥230026

出  处:《Journal of Semiconductors》2008年第7期1330-1333,共4页半导体学报(英文版)

基  金:国家自然科学基金资助项目(批准号:50532070)~~

摘  要:采用Zn3N2热氧化法在直流磁控溅射设备上制备了掺氮ZnO薄膜(ZnO:N),研究了不同退火温度对样品结构和光电特性的影响.X射线衍射谱(XRD)结果表明,Zn3N2在600℃以上退火即可转变为ZnO:N薄膜.X射线光电子能谱(XPS)发现,在热氧化法制备的ZnO:N薄膜中,存在两种与N相关的结构,分别是N原子替代O(受主)和N2分子替代O(施主),这两种结构分别于不同的退火温度下存在,并且700℃下退火的样品在理论上具有最高的空穴浓度,这一点也由霍尔测量结果得到证实.同时,从低温PL光谱中观察到了与No受主有关的导带到受主(FA)和施主-受主对(DAP)的跃迁,并由此计算出热氧化法制备的ZnO:N薄膜中的No受主能级位置.Nitrogen-doped ZnO (ZnO:N) films are prepared by thermal oxidation of sputtered Zn3N2 layers on Al2O3 substrate. The dependence of the structural and optical properties of the ZnO:N films on annealing temperature is investigated. X-ray Diffraction (XRD) results illustrate that the as-sputtered Zn3N2 films can be transformed into ZnO:N films after annealing at 600℃ and above. X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) reveals that nitrogen has two chemical states in the ZnO:N films: (N2)o and No,which denote substitution of molecular N for O and atomic N for O,respectively. Hall effect measurements illustrate that the hole concentration in ZnO:N films annealed at 700℃ is the highest. The FA and DAP transition peaks are observed in low temperature photoluminescence spectra,from which the nitrogen acceptor binding energy can be obtained.

关 键 词:热氧化 ZnO XPS 受主能级 

分 类 号:TN304.25[电子电信—物理电子学]

 

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