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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

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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

Study on the p-type conductivities and Raman scattering properties of N+ ion-implanted O-rich ZnO thin films

Yang Tian-Yong, Kong Chun-Yang, Ruan Hai-Bo, Qin Guo-Ping, Li Wan-Jun, Liang Wei-Wei, Meng Xiang-Dan, Zhao Yong-Hong, Fang Liang, Cui Yu-Ting
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  • 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.
    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.
    • 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.
    • 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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出版历程
  • 收稿日期:  2012-07-27
  • 修回日期:  2012-09-07
  • 刊出日期:  2013-02-05

N离子注入富氧ZnO薄膜的p型导电及拉曼特性研究

  • 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.

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.

English Abstract

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