一种用于紫外探测器的新型ZnO基全氧化物透明异质结的制备与性能研究

我们已获得了紫外响应率良好的p-LiNiO/n-ZnO全氧化物透明异质结器件。ZnO与其它氧化物（如MgO, CdO, In2O3）的搀杂可有效改善合金薄膜的导电性能、禁带宽度及晶体结构，我们首次报道了电阻率小于10-2Ωcm的立方相InMgZnO三元搀杂薄膜，在充分利用ZnO高激子能量的同时实现薄膜的导电性能、带宽及晶体结构的可调。那么，可否实现紫外响应率同样优良的p-LiNiO/n-InMgZnO全透明异质结器件？本课题提出利用脉冲激光沉积的方法在晶格常数匹配的单晶衬底上外延生长全氧化物透明异质结p-LiNiO/n-InMgZnO器件，旨在验证器件在紫外探测器应用领域的可行性及高温可操控性，同时阐明离子搀杂对ZnO载流子浓度、禁带宽度以及异质结器件性能影响的机理，为更好的利用透明搀杂氧化物半导体以及氧化物光电器件的发展提供理论依据。

利用脉冲激光沉积法制备了p-LiNiO/n-InMgZnO外延双层薄膜，确定了薄膜沉积的工艺参数及其对结构和组成的影响规律；通过调整Mg、In元素的掺杂比例，研究了薄膜带宽、载流子浓度及结构的改变规律，获得了不同组分InMgZnO薄膜构成的器件；利用X射线衍射及透射电镜手段对器件进行外延生长结构的观察，获得了晶格匹配的立方相外延双层薄膜。对器件进行了电学和光谱响应性能测试，考察了不同组分薄膜构成的器件的性能，确定了最佳器件材料组合；对器件进行变温条件下电性能和紫外光响应特性研究，探明了两者随温度的变化规律，并确定了器件的可操控温度范围；对器件进行光谱透过性能研究，通过改变薄膜的掺杂比例获得了透过率较高的器件。对器件的电学和光响应特性进行理论分析；总结了材料组分、工艺条件等因素对器件开路电压、二极管因数、反向漏电流与击穿电压的影响规律；获得了器件在外加电场作用下的电子传输机制，同时获得反向漏电流与击穿电压的函数关系，总结电流的产生机理，为全氧化物透明异质结器件的掺杂制备与性能研究提供了一定的理论依据。