ZnO/CuSCN异质结的制备及性能研究

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本文采用连续离子层吸附与反应法(SILAR)制备Al掺杂ZnO薄膜,研究掺杂浓度及退火处理对薄膜结晶性能的影响;两步法化学浴沉积(CBD)制备ZnO柱状多晶薄膜,研究不同种子层数以及不同Al掺杂浓度种子层对ZnO柱状阵列薄膜的影响;SILAR制备薄膜型ZnO/CuSCN异质结,研究异质结的电学特性;CBD制备ZnO柱状阵列薄膜和SILAR制备CuSCN薄膜构成柱状异质结,研究异质结的电学特性。结果表明:SILAR制备ZnO具有c轴择优取向性,结晶性好,薄膜由31.3nm的晶粒聚集成的长约1μm的大颗粒组成,颗粒呈长楔形状,薄膜表面粗糙,均匀性差;铝掺杂后c轴择优取向性变差,晶粒尺寸随掺杂浓度的增加而增大,颗粒呈球状,尺寸变小,薄膜表面均匀平整。掺杂浓度为2%的薄膜表面最平整,颗粒最小,直径约200nm。退火处理减弱c轴择优取向性,晶粒尺寸变大,晶格常数更接近于标准。CBD制备ZnO柱状多晶薄膜结晶性良好,有较强的(002)择优取向性,晶格常数a=3.249(?),c=5.207(?)。薄膜由柱状ZnO晶体竖向排列而成,直径约500nm。随着种子层沉积次数的增加, ZnO柱状阵列越来越密集。种子层为40次时,ZnO柱状晶体连在一起,薄膜片状生长。种子层掺铝后生长的ZnO柱状晶体排列致密,大小均匀一致,直径约300nm。2%掺杂种子层上制得的柱状阵列薄膜最均匀,表面最平整。薄膜型ZnO/CuSCN异质结,XRD表征薄膜分别为纤锌矿ZnO和(?)-CuSCN。形貌表征ZnO多晶颗粒呈球状,大小约300nm,CuSCN多晶颗粒呈片状,大小约2μm。电学表征异质结具有明显的整流特性,±4V时整流比为47.0,饱和电流密度Js=9.94×10-8A/cm2,二极管理想因子n=4.61,缺陷辅助隧穿为主要电流输运机制,在(0.4V2V,I-V特性受陷阱辅助空间电荷限制电流(SCLC)机制影响,I∝V3.4。柱状阵列ZnO/CuSCN异质结,XRD表征薄膜分别为纤锌矿ZnO和(?)-CuSCN,ZnO的结晶性优良,具有明显的(002)择优取向性。形貌表征分析ZnO呈柱状晶体竖向致密排列,直径约1μm,CuSCN为片状多晶交织排列,大小约3μm。电学表征异质结具有良好的整流特性,±3V时整流比为48.3。电压从小至大电流传输特性分别由缺陷和界面态的复合、缺陷辅助隧穿、陷阱辅助空间电荷限制电流决定。柱状阵列ZnO/CuSCN异质结比薄膜型异质结的整流比、电流密度、二极管区域范围都大,电学性能更好。
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