高质量氮化锌薄膜的制备及氮化锌薄膜晶体管的构建研究

氮化锌（Zn3N2）材料在薄膜晶体管、太阳能电池等领域都有着潜在的应用价值。本项目拟采用金属有机物化学气相沉积（MOCVD）方法进行高质量氮化锌（Zn3N2）薄膜的制备，研究Zn3N2薄膜的晶体结构性质、光电性质及其与生长条件的关系；采用MOCVD方法制备p-Si/n-Zn3N3异质结晶体管，研究其结构及光电特性；研究通过Zn3N2薄膜后氧化方法制备p-ZnO的工艺条件；进而研究分别利用MOCVD方法直接制备及Zn3N2薄膜后氧化两种方法制备p-ZnO/n-Zn3N3异质结薄膜晶体管工艺方法及条件；对Zn3N3基沟道场效应管的构建方法及其结构及光电特性进行研究。

本项目分别采用MOCVD方法以及磁控溅射方法对Zn3N2薄膜的生长特性进行了研究并对Zn3N2薄膜的Al掺杂特性及Zn3N2基pn结及场效应器件进行了研究。.在MOCVD法制备Zn3N2薄膜的工艺中，研究了生长温度、压强、流量比等参数对薄膜生长特性、结构及光电性质的影响。通过MOCVD方法制备出了具有单一择优取向，结晶质量良好的Zn3N2薄膜；但在样品中都发现存在非故意掺杂的氧杂质且对Zn3N2薄膜的光电性质起着重要作用。随工艺参数的不同，Zn3N2薄膜的光学带隙可在1.8eV至2.2eV间变化，透过率可在30%至80%间变化。实验中所制备的Zn3N2薄膜都为n型直接带隙半导体，其迁移率最高可达211.9cm2V-1s-1。Zn3N2薄膜经一定温度空气退火后，可转变为ZnO:N薄膜。退火后，样品透过率明显提高，光学带隙变宽；但所得到的ZnO:N薄膜都呈现出高阻态，其确切的导电类型无法确定；因此本实验通过对Zn3N2退火尚无法得到确切的p-ZnO材料。.研究了反应磁控溅射方法制备Zn3N2薄膜的工艺。在压强为10Pa、溅射功率为45W及氮-氩-比例为1:1时，制备的Zn3N2薄膜具有相对较好的质量。在反应磁控溅射方法制备的Zn3N2薄膜中同样发现具有非故意掺杂的氧元素存在。采用反应磁控溅射方法进行了Zn3N2薄膜的铝掺杂实验。ZnN:Al薄膜在可见光区域的透过率及光学带隙随着掺杂浓度的增加而增大。.采用PLD方法制备了ZnCo2O4薄膜作为p型层与反应磁控溅射方法制备的Zn3N2薄膜构建了pn结器件。p-ZnCo2O4/n-ZnN:Al异质结器件在可见光区域的透过率大于30%，具有明显的整流特性，其正反向电流比可达1.8E2，正向导通压降为2.67V。采用反应磁控溅射方法制备了底栅Zn3N2薄膜场效应器件。器件具有典型的耗尽型器件I-V特性。