N离子注入富氧ZnO薄膜的p型导电及拉曼特性研究

杨天勇; 孔春阳; 阮海波; 秦国平; 李万俊; 梁薇薇; 孟祥丹; 赵永红; 方亮; 崔玉亭

doi:10.7498/aps.62.037703

摘要

采用射频磁控溅射法在富氧环境下制备ZnO薄膜, 继而结合N离子注入及热退火实现薄膜的N掺杂及p 型转变, 借助霍尔测试和拉曼光谱研究了N离子注入富氧ZnO薄膜的p型导电及拉曼特性. 结果表明, 在 600 ℃温度下退火120 min可获得性能较优的p-ZnO: N薄膜, 其空穴浓度约为2.527×1017 cm-3. N离子注入ZnO引入了三个附加拉曼振动模, 分别位于274.2, 506.7和640.4 cm-1. 结合电学及拉曼光谱的分析发现, 退火过程中施主缺陷与N受主之间的相互作用对p-ZnO的形成产生重要影响.

关键词:

Abstract

The p-type N doped ZnO thin films are fabricated using radio-frequency magnetron sputtering technique in O-rich growth condition together with the direct N+ ion-implantation and annealing. The conductivities and Raman scattering properties of the samples are studied by Hall measurements and Raman spectra respectively. Hall measurements indicate that the optimal p-type ZnO film can be obtained when the sample is annealed at 600 ℃ for 120 min in N2 ambience, and its hole concentration is about 2.527×1017 cm-3. N+-implantation induces three additional vibrational modes in ZnO, which are located at 274.2, 506.7 and 640.4 cm-1 respectively. In the process of the annealing, by comparing the electrical properties and Raman speetra of the samples, we find that the competition between intrinsic donor defects and the activation of N acceptors plays a crucial role in the p-type formation of ZnO:N films during annealing.

Keywords:

作者及机构信息

1.
重庆市光电功能材料重点实验室, 重庆 400047;

2.
重庆大学物理学院, 重庆 400030

基金项目: 重庆市自然科学基金(批准号: CSTC.2011BA4031)和国家自然科学基金 (批准号: 1075314)资助的课题.

Authors and contacts

1.
Key Laboratory of Optoelectronic Functional Materials of Chongqing, Chongqing 400047, China;

2.
College of Physics, Chongqing University, Chongqing 400030, China

Funds: Project supported by the Natural Science Foundation of Chongqing, China (Grant No. CSTC.2011BA4031) and the National Science Foundation of China (Grant No. 1075314).

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