论文摘要
氧化锌（ZnO）是一种重要的宽禁带（室温下Eg=3.37eV）直接带隙半导体材料,其激子束缚能高达60meV。在紫外光探测器、短波长发光二极管、激光器二极管、太阳能电池等领域有着广泛的应用前景。为了使得ZnO薄膜能广泛应用于各类光电器件,有必要改善（或者改变）ZnO薄膜的物理、化学等性能,在ZnO薄膜中掺入杂质元素和热退火处理就是其中两种重要的方法,尤其是ZnO薄膜的p型掺杂显得尤为重要。离子注入技术是当前半导体材料一种重要的掺杂技术。本论文是利用离子注入技术进行掺杂和热退火处理对ZnO薄膜改性,采用X射线衍射（XRD）谱、透射光谱、光致发光谱（PL）、X-Ray光电子能谱（XPS）和四探针等,分别研究了Zn离子和N离子注入ZnO-薄膜和注入后样品退火的结构、光学和电学性能,主要得到以下结果:1.利用溶胶-凝胶法在石英玻璃衬底上制备ZnO薄膜,室温下剂量为1×1017cm-2,能量56KeV的Zn离子注入ZnO薄膜中,离子注入后,样品分别在500-900℃的氩气气氛中进行退火处理1h,结果显示:离子注入后,样品的XRD衍射峰强度减小,近带边紫外发射峰（NBE）和深能级缺陷发射峰（DLE）强度都减弱;注入后热退火处理,衍射峰在～700℃退火后得到恢复;当退火温度小于600℃时,吸收边随着退火温度的提高发生蓝移,超过600℃时,吸收边随着退火温度的提高发生红移;NBE峰和DLE峰都随退火温度的提高而增强。2.利用溶胶-凝胶法在（0001）Al2O3衬底上制备了Al/Zn原子分数比为1%的ZnO:Al薄膜,将能量56KeV、剂量1×1017cm-2的N离子注入到薄膜中。离子注入后,样品在500-900℃氮气气氛中退火。结果显示:在800℃以下退火,随退火温度提高,薄膜结晶性能逐渐变好;在600℃以上退火,随退火温度提高,NBE峰和DLE峰都逐渐增强;600℃退火时,样品的电阻率仅为83Ωcm。3.利用溶胶-凝胶法在石英玻璃衬底上制备了ZnMgO:Al（Mg/Zn原子分数比为10%,Al/Zn原子分数比为1%）薄膜,将能量60KeV、剂量1×1017cm-2的N离子注入到薄膜中。离子注入后,样品在500-800℃氮气气氛中退火。结果发现:离子注入后,所有衍射峰消失;样品在可见光区的光学透过率明显下降;光学带宽发生红移;NBE峰和DLE峰都减弱。离子注入后退火,XRD衍射峰出现并随退火温度升高逐渐增强;随退火温度上升,在可见光区的光学透过率逐渐增强,NBE峰和DLE峰也都逐渐增强。4.利用溶胶-凝胶法在石英玻璃衬底上制备了Al/Zn原子分数比为0.1%的ZnO:Al薄膜,在500℃的Ar气气氛中进行了1～5h不同时间退火处理。结果显示:退火1h时,样品出现了c轴择优取向;DLE峰强度提高,在可见光区光学透过率约为80%;电阻率仅为4×10-2Ω·cm。更长时间退火后,随退火时间增加,晶体结晶质量逐渐变差,电阻率逐渐增大。