均匀MgxNi1-xO固溶体的制备及其紫外探测性能研究

对MgxNi1-xO固溶体组分进行设计，通过掺入MgO对NiO进行能带调节，掌握Mg含量对MgxNi1-xO能带调节的规律，使其理论光吸收截止波长处于日盲紫外区240nm～280nm。采用脉冲激光沉积生长MgxNi1-xO薄膜，分析生长工艺条件对薄膜组织结构及光电性能的影响，揭示MgxNi1-xO薄膜能带结构对其光学吸收截止波长调制作用的机理，探明薄膜各种缺陷包括Mg含量的微区不均匀性对薄膜薄膜光电导的影响规律。选择合适的衬底或通过生长缓冲层减小晶格失配，改进靶材制作工艺，并采用后续热处理和快速退火等非平衡生长技术实现薄膜的真正固溶化，使薄膜组分均一，晶界密度和晶内缺陷较低，无其它杂质相或非晶相，提高薄膜的光电响应特性和紫外探测性能。同时，探索生长不同Mg组分的多层MgxNi1-xO异质结构，通过梯度组分分布在不同偏压下调节其在日盲紫外区的峰值响应，为多波段的紫外探测器的制备奠定基础。

采用射频磁控溅射在石英衬底上制备了Ni1-xMgxO (x = 0.25~0.56)薄膜，研究了溅射功率、衬底温度、Mg组分对Ni1-xMgxO薄膜性能的影响。XRD结果表明Ni1-xMgxO是具有（111）择优取向的立方NaCl结构晶体。紫外可见透射光谱测试表明薄膜吸收截止波长随着Mg含量的增大而蓝移。薄膜中Mg含量达46%时，带宽已进入日盲区范围。XPS测试显示制备得到了典型的Ni1-xMgxO固溶体，没有出现明显的分相。研究结果表明Ni1-xMgxO是制备日盲区紫外探测器很有前景的材料，有望通过进一步改善薄膜的生长参数及后续的退火处理等，提高薄膜的质量与性能，并需要改进光刻等电极的制备工艺，以制备得到高性能的Ni1-xMgxO薄膜及日盲区紫外探测器原型器件并在日盲区紫外探测领域得到应用。.在此基础上，我们采用脉冲激光沉积设备，利用不同组分的Ni1-xMgxO陶瓷靶材，在石英衬底上制备出了高结晶质量Ni1-xMgxO固溶体薄膜，研究了不同生长参数，不同Mg组分对薄膜形貌、结构及能带调节等性能的影响，获得了尺寸、禁带宽度可调的Ni1-xMgxO固溶体薄膜制备工艺条件和调节手段。通过在氮气中快速退火处理，进一步提高薄膜晶体质量，应用湿法刻蚀和电子束沉积技术在Ni1-xMgxO薄膜上制备了metal-semiconductor-metal结构的紫外探测器原型器件，发现快速退火可以降低器件暗电流，进而增大器件的信噪比。此外，我们采用脉冲激光沉积方法成功制备了不同Mg含量的n-ZnO/p-Ni1-xMgxO薄膜异质结,发现其具有良好的整流特性。并且我们应用XPS芯能级技术测量该异质结的带阶，对其能带结构进行研究。计算得到的能带图是属于type-Ⅱ型的结构，导带带阶和价带带阶的比值约为1.38，大于所有报道的n-ZnO/p-NiO的比值，通过分析，认为这是由于Mg的掺杂导致的，由于Mg的电子亲合能较低，当Mg掺入，使整个薄膜的导带底会提高，因此可以通过控制薄膜中的Mg含量，来调节此类异质结的能带结构，为制备高性能器件奠定理论基础。