Импульсное лазерное напыление эпитаксиальных пленок ZnO n- и p- типа при легировании элементами III и V группы

• Автор: Паршина, Любовь Сергеевна
• Шифр специальности: 05.27.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Шатура
• Количество страниц: 146 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. МЕТОДЫ ПОЛУЧЕНИЯ И ЛЕГИРОВАНИЯ ТОНКИХ

ПЛЕНОК ОКСИД ЦИНКА

1Л. Общая характеристика оксида цинка

1.2. Методы получения эпитаксиальных пленок

1.2.1. Молекулярно - лучевая эпитаксия

1.2.2. Метод газофазной эпитаксии

1.2.3. Магнетронное распыление

1.2.4. Метод импульсного лазерного напыления

1.3. Получение легированных пленок ZnO п - типа

1.4. Получение легированных пленок ZnO р - типа
1.5. Методы исследования тонких пленок
1.5.1. Исследование морфологии пленок методом атомно-силовой микроскопии
1.5.2. Исследование морфологии пленок методом электронной микроскопии
1.5.3. Рентгенодифракционный анализ тонких пленок
1.5.4. Определение состава пленок методом фотоэлектронной спектроскопии
1.5.5. Фотолюминесценция пленок в диапазоне температур от 10 К до 300 К
1.5.6. Исследование электрических свойств тонких пленок
1.6. Гомо- и гетеро- р- п- переходы на основе оксида цинка
1.7. Выводы
ГЛАВА 2. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА
2.1. Экспериментальная установка для выращивания эпитаксиальных пленок оксида цинка методом импульсного лазерного напыления.
2.2. Методика изготовления керамических мишеней
2.3. Подготовка и исследование подложек для получения пленок ZnO
2.4. Получение нелегированных пленок ZnO
2.4.1. Влияние типа подложки на спектры фотолюминесценции нелегированных пленок ZnO
2.4.2. Влияние параметров осаждения ИЛН на спектры фотолюминесценции нелегированных пленок ZnO
2.4.3. Влияние отжига на спектры фотолюминесценции нелегированных пленок ZnO
2.5. Выводы
ГЛАВА 3. ЭПИТАКСИАЛЬНЫЕ ПЛЕНКИ ОКСИДА ЦИНКА, ПОЛУЧЕННЫЕ МЕТОДОМ ИМПУЛЬСНОГО ЛАЗЕРНОГО
НАПЫЛЕНИЯ
3.1. Эпитаксиальные пленки оксида цинка п- типа, легированные
элементами III группы
3.1.1. Исследование пленок оксида цинка, легированных галлием
3.1.1.1. Скорость роста пленок ZnO:Ga
3.1.1.2. Морфология пленок ZnO’.Ga
3.1.1.3. Кристалличность пленок ZnO:Ga
3.1.1.3.1. Влияние легирования галлием на структурные характеристики пленок ZnO при осаждении на монокристаллы ZnO
3.1.1.3.2. Влияние давления буферного газа на параметры решетки пленок ZnO:Ga
3.1.1.3.3. Влияние плотности энергии на мишени на параметры решетки пленки ZnO:Ga
3.1.1.3.4. Влияние температуры подложки на
кристаллографические параметры пленок ZnO:Ga
3.1.1.4. Фотолюминесценция пленок ZnO:Ga
3.1.1.5. Оптические характеристики пленок ZnO:Ga
3.1.1.5.1. Управление величиной запрещенной зоны пленок
ZnO при легировании галлием
3.1.1.5.2. Зависимость поглощения пленок ZnO в ИК области от уровня легирования галлием
3.1.1.6. Электрические свойства пленок ZnO:Ga
3.1.2. Свойства пленок оксида цинка, легированных алюминием
3.1.3. Создание и исследование металлических контактов на пленках оксида цинка п- типа
3.2. Эпитаксиальные пленки оксида цинка р- типа, легированные элементами V группы
3.2.1. Свойства пленок оксида цинка, легированных азотом
3.2.1.1. Морфология пленок ZnO:N
3.2.1.2. Кристалличность пленок ZnO:N
3.2.1.3. Фотолюминесценция пленок ZnO:N
3.2.1.4. Электрические свойства пленок ZnO:N
3.2.1.5. Активация акцепторных центров в пленках ZnO:N
термическим отжигом
3.2.2. Свойства пленок оксида цинка, солегированных галлием и азотом
3.2.2.1. Кристаллические свойства пленок ZnO:(Ga,N)
3.2.2.2. Оптические свойства пленок ZnO:(Ga,N)
3.2.2.3. Ренгеновская фотоэлектронная спектроскопия пленок
ZnO:(Ga,N)
3.2.2.4. Электрические свойства пленок ZnO:(Ga,N)
3.2.2.5. Морфология пленок ZnO:(Ga,N)
3.2.3. Свойства пленок оксида цинка, легированных фосфором
3.2.4. Создание и исследование металлических контактов на пленках оксида цинка р-типа

1.5.2. Исследование морфологии пленок методом электронной микроскопии
Для исследования поверхности применяется растровая электронная микроскопия (РЭМ) [85]. По своим возможностям РЭМ является продолжением оптической микроскопии, расширяющей ее возможности в исследовании топологии поверхностей кристаллических материалов.
Разрешение наиболее распространенных РЭМ достигает 5 - 10 нм при недостижимой для других видов микроскопов глубине резкости 0,6 - 0,8 мм, причем при изучении топологии поверхности вполне достаточно использование низковольтных РЭМ с диаметром пучка электронов 10 мкм. Обычно используют пучок электронов с энергией 10-30 кэВ, хотя в отдельных случаях могут использоваться электроны с энергией в несколько сотен эВ. В РЭМ изображение объекта формируется последовательно по точкам и является результатом взаимодействия электронного пучка (зонда) с поверхность образца. Каждая точка образца последовательно облучается сфокусированным электронным пучком, который перемещается по исследуемой поверхности. При взаимодействии электронов зонда с веществом возникают ответные сигналы различной физической природы (отраженные и вторичные электроны, Оже-электроны, рентгеновское излучение, свет, поглощенный ток и пр.), которые используются для синхронного построения изображения.
В наших исследованиях мы использовали растровые электронные сканирующие микроскопы Philips XL-40 и Hitachi S-4700.
1.5.3. Рентгенодифракционный анализ тонких пленок
Метод рентгеновской дифрактометрии, основанный на эффекте полного внешнего отражения рентгеновских лучей, может быть использован для эффективного анализа приповерхностных областей не только кристаллических, но и аморфных объектов [86]. Этот метод чрезвычайно чувствителен к изменению электронной плотности в исследуемых