等离子体浸没离子注入制备P型ZnO薄膜材料的研究

ZnO材料具有优异的光电特性，且具有资源丰富，价格低廉等优点。本征ZnO材料呈n型特性，相比较ZnO异质p-n结（ZnO作为n区），p型ZnO与n型ZnO制成的同质p-n结在交界面不存在应力，能表现出更好的性能。因此制备可重复的、稳定的、低电阻的优质p型ZnO材料对光电子科技发展与产业应用具有重要意义。然而现有的制备p型ZnO的技术普遍存在可重复性低，稳定性差，p型导电性差等问题，这些问题阻碍ZnO走向实际应用。本项目申请提出利用低成本、能够实现大面积均匀离子注入的等离子体浸没离子注入（PIII）技术取代传统束线离子注入技术(CBII)进行ZnO薄膜的p型改性，并以离子注入和N-Al共掺技术相结合的方法，对n型ZnO薄膜 材料进行p型改性实验研究，以期获得高品质的p型ZnO薄膜材料。本项目研究的提出是基于我们已研发出的PIII实验平台和前期探索性实验结果的可行性分析。

本项目取得的主要成果有：.1、基于我们自已研发的PIII实验平台，全面完善了一套适用于本项目研究的等离子体浸没离子注入实验系统。具体参数: 射频功率源的频率为13.56MHz ；功率从0-500W连续可调；真空体积为 φ400×500mm3，等离子体密度可达1011 /cm3以上。实验系统包括真空系统；光谱诊断和探针诊断系统；数据采集系统；负高压脉冲偏置电压源系统（电压0-60KV连续可调；脉冲频率50-500Hz可调；脉冲宽度20-100μs可调, 脉冲电流25A）。在此实验平台上，我们完成了一系列等离子体浸没氮离子注入ZnO薄膜的实验研究，发展了具有创新意义的氮铝(N-Al)共掺的技术路线，用PIII改性方法制备出高性能的N掺杂p型ZnO薄膜。经改性后所获得的p型ZnO的参数为: 空穴浓度n=2.89×1017cm-3; 电阻率ρ=6.67Ω•cm; 迁移率μ=3.15 cm2 V-1 S-1，达到了目前该研究领域的先进水平。.2、相关研究成果发表SCI论文5篇（其中2区2篇、3区1篇、四区2篇，上述各篇论文都注明了该基金的支持）。国际会议3篇（其中1次邀请口头报告、1次口头报告、1次张贴报告，会议地址分别在荷兰Eindhoven,2012年和日本名古屋2011年）。.3、申请发明专利两项（已受理，正在公示期）。.4、培养博士、硕士研究生5名，其中已毕业硕士三名（张树宇：2010年获得硕士学位；李泽斌：2011年获得硕士学位；高欢忠：2012年获得硕士学位，在读博士两名（何龙：将于2013年夏季进行博士学位答辩；李泽斌：将于2014进行博士学位答辩）。.项目总体的完成情况已完全达到并超过了申请书中预期的研究成果。