納米氧化鋅/p型金剛石異質結製備及其負阻特性研究

《納米氧化鋅/p型金剛石異質結製備及其負阻特性研究》是依託吉林大學，由李紅東擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：納米氧化鋅/p型金剛石異質結製備及其負阻特性研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：李紅東
• 依託單位：吉林大學

項目摘要

金剛石和氧化鋅（ZnO）是少數同時具有眾多優異性質的半導體材料，將二者結合製作納米半導體異質結結構，研究其特殊的光電特性，具有重要的基礎研究和實際套用價值。目前ZnO/金剛石體系的研究多局限於薄膜或ZnO的單一性質上，對其納米結構異質結的製備與特性研究還少有報導。本項目擬在化學氣相沉積硼摻雜p型金剛石上，採用熱蒸發和水熱兩種方法，生長ZnO納米棒等納米結構，設計製作納米ZnO/p型金剛石異質結結構，獲得具有負阻特性的隧道二極體。系統研究單晶和多晶金剛石的硼摻雜、晶界，以及兩種ZnO合成方法的生長溫度、時間、反應氣氛（溶液）等條件，對納米ZnO/p型金剛石異質結的製備及負阻特性的影響。提出與摻雜等相關的能帶結構對負阻現象的物理解釋。探討高溫條件下，器件負阻特性隨溫度的變化規律。本項目的實施，將為新一代以金剛石和ZnO為基的半導體光電子器件的研製和套用提供新的實驗數據和理論依據。

結題摘要

金剛石（Diamond）和氧化鋅（ZnO）是少數同時具有眾多優異性質的半導體材料，將二者結合製作納米半導體異質結結構，研究其特殊的光電特性，具有重要的基礎研究和實際套用價值。本項目在ZnO納米結構/金剛石異質結製備及性質研究方面做了大量創新性工作。採用熱蒸發和水熱兩種方法，在化學氣相沉積（CVD）硼摻雜p型金剛石膜上生長ZnO 納米棒等納米結構，設計製作n-ZnO納米結構/p-diamond半導體異質結，深入研究了其多種性質。 通過調節實驗參數，製備了高質量CVD單晶及多晶金剛石膜。發現在傳統氣氛H2/CH4中引入N2O、CO2等氣體，不僅可以提高金剛石單晶生長速率，還有助於獲得表面平整的高質量金剛石單晶。通過控制硼摻雜濃度，獲得了輕摻雜（非簡併）及重摻雜（簡併）的p型多晶金剛石襯底。 利用熱蒸發法及水熱法在CVD金剛石襯底上製備了ZnO納米棒、納米線，研究了多種摻雜（硼B、稀土銪Eu、鋁Al等）以及金剛石納米粉對於ZnO納米結構的形貌、缺陷、光學、電學等性質的影響。獲得了不同直徑、頂端開口、頂端聚集的ZnO納米結構，而且其紫外發光得到增強，場發射性能得到提高。 在p型金剛石上製備了ZnO納米結構，獲得了n型ZnO納米棒/p型金剛石（n-ZnO nanorod/p-diamond）異質結。硼摻雜n-ZnO nanorod/p-diamond異質結具有良好的光催化性質。n-ZnO nanorod/p-diamond異質結可在220 oC高溫條件下工作，並且器件的載流子注入效率在高溫下得到有效的改善，在不同正向電壓下存在三種不同的電輸運機制。利用熱蒸發法製備了n-ZnO nanorods/p-diamond異質結，當p型金剛石為輕摻雜非簡併態時，異質結表現為一般整流特性；當金剛石為重摻雜簡併態時，異質結出現微分負阻現象。通過對異質結的能帶結構分析，證明了負阻現象是由異質結的隧穿電流引起。利用水熱法製備了具有整流特性的n-ZnO nanorods/p-diamond異質結，經過退火處理後，可出現負阻效應。 本項目的實施，為新一代以金剛石和ZnO 為基的半導體光電子器件的研製和套用提供了新的實驗數據和理論依據。 共發表SCI 論文14篇，獲授權發明專利3項。