《原子氮摻雜SnO2薄膜異質外延生長與載流子調控》是依託中國科學院合肥物質科學研究院，由潘書生擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：原子氮摻雜SnO2薄膜異質外延生長與載流子調控
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：潘書生
- 依託單位：中國科學院合肥物質科學研究院
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
本項目採用高濃度氮源磁控反應濺射的方法，在藍寶石襯底上外延生長原子氮摻雜p型SnO2 薄膜，研究與雜質和缺陷相關的光學性質和載流子輸運性能。研究氮源、工藝參數和雷射誘導處理等對氮摻雜SnO2外延薄膜摻雜效率、微結構和物性的影響；探討摻雜原子和晶格缺陷與薄膜的光致發光、光電導、載流子輸運參數之間的內在聯繫；分析薄膜的能帶結構、缺陷和雜質激活能；揭示氮摻雜SnO2薄膜p型導電的機理與載流子調控規律。SnO2是本徵非極性寬禁帶半導體，具有比ZnO更寬的直接帶隙和更高的激子結合能，可望成為繼ZnO之後另一種非常適合構筑紫外光電子器件的氧化物半導體。本項目將拓展寬禁帶半導體的研究領域，並為 SnO2 基紫外光電子器件和非極性半導體的發展奠定一定的物理基礎。
結題摘要
紫外光電器件在固態照明，集成光子學，感測器等領域具有重要的套用。寬禁帶半導體是紫外光電器件的核心材料。二氧化錫具有寬頻隙（3.6eV），高激子結合能（130meV）以及優異的光電性能等特點，是構筑紫外光電器件的理想材料。本項目採用磁控反應濺射方法，生長非摻雜和氮摻雜SnO2薄膜，對其電學和光學性質以及發光性能進行研究。採用“逆向製備”的策略，熱氧化氮化錫薄膜生長氮摻雜二氧化錫薄膜，氮的化學狀態為“原子氮”。退火溫度等工藝參數對氮含量和化學態具有顯著影響，可以實現調節載流子遷移率和濃度。合適的中等生長溫度以及氮源是獲得高品質p型薄膜的兩個關鍵。通過最佳化工藝，獲得最佳p型薄膜空穴遷移率和濃度分別為2.1 cm2/V•s和1.87×1019 cm-3。磁控濺射技術在藍寶石襯底上成功外延生長出非摻雜SnO2薄膜。觀察到SnO2薄膜中表面局域化激子和自由激子發光，認清表面激子發光的來源和機制，實現顆粒尺寸對發光峰強度的調控。通過本項目實施，獲得了基本可以滿足器件構築要求的p型SnO2薄膜，從量子力學基本原理出發，獲得半導體顆粒尺寸與發光效率之間普適性關係。
