用同步辐射X射线漫散射研究p型ZnO性能退化的微结构根源

p型ZnO作为下一代紫外激光器、紫外发光二极管、空间太阳能电池等光电器件的核心材料，具有重大的应用价值和诱人的应用前景。但是，p型ZnO性能退化问题是目前ZnO材料应用的瓶颈。尽管国内外对其制备方法进行了大量的研究和改进，但由于各种缺陷的补偿作用，至今还没有获得低电阻率且随时间稳定的p型材料。解决这个问题的关键是先从微观结构上搞清楚p-ZnO性能退化的根源，一个有力的研究手段是同步辐射X射线漫散射。本项目拟在BSRF漫散射站现有的基础上完善同步辐射X射线漫散射技术，利用它研究不同工艺掺杂的p型ZnO的缺陷结构及其随时间和环境的变化，找出p-ZnO的微观结构与宏观导电性质的对应关系，揭示其性能退化在缺陷结构上的原因和表现，为解决p型ZnO这一技术瓶颈提供科学依据，同时也以之为切入点推动同步辐射X射线漫散射方法在国内的发展和应用。

为了开展项目研究，在本基金的支持下，我们改进了北京同步辐射漫散射站的出光口和飞行通道等设备，减少了狭缝和空气的杂散光，提高了信噪比，引入了DISCUS漫散射分析软件，提高了实验和数据分析能力；同时进行了p型砷掺杂ZnO、Ga掺杂SnO2、N掺杂ZnO和（Al,N）共掺杂ZnO的制备和微结构表征研究。通过这些研究，我们发现了晶界吸附氧是除了传统的受主掺杂之外的另一个引起p型电导的新机理，测量到了掺砷ZnO结构在退火前后有n型到p型转化所对应的缺陷结构的变化，比较了As注入浓度与缺陷团尺寸的关系，发现了缺陷团尺寸的各向异性，证明了As(Zn)和V(Zn)通过聚集反应所形成了As(Zn)-2V(Zn)受主型缺陷复合体，该缺陷复合体是样品在退火后变成p型导电的微结构上的原因。在该基金资助下，共发表SCI论文13篇，国内《物理》期刊论文1篇，专利3项，待投论文2篇。