IrO2/ZnO薄膜接触结构的制备及电学特性研究
作者 : 未知

  关键词: IrO2; ZnO; 薄膜接触结构; 脉冲激光沉积; 电学特性; X射线衍射
  中图分类号: TN244?34                       文献标识码: A                         文章编号: 1004?373X(2018)24?0032?03
  Research on preparation and electrical properties of IrO2/ZnO thin film contact structure
  SHEN Fangfang, AI Shuping
  (Department of Basic Science, Jilin Jianzhu University, Changchun 130118, China)
  Abstract: The preparation of the high?quality metal/ZnO contact is very crucial in ZnO device applications. At present, most of electrode roles are nontransparent materials in the metal/ZnO contact research, which makes the ZnO material application in optoelectronic devices limited to a certain extent. IrO2, as a transparent and conductive metallic oxide, has a low resistivity and good chemical stability, whose thin film has been used as the bottom electrode and heat?proof diffusion layer. The pulsed laser deposition (PLD) method is adopted in this paper to prepare the IrO2/ZnO thin film contact structure which is represented by means of the small angle X ray diffraction (XRD). The electrical properties of the structure are measured. The experimental results show that the well?grown IrO2/ZnO thin film contact structure is obtained, which has an Ohmic contact conduction property at room temperature.
  Keywords: IrO2; ZnO; thin film contact structure; PLD; electrical property; XRD
  氧化锌(ZnO)属于Ⅱ?Ⅵ族宽紧带半导体氧化物材料,具有直接带隙的能带结构,室温下的禁带宽度为3.37 eV,激子束缚能高达60 MeV,是紫外光发射器件的理想候选材料之一。在氧化锌器件的应用中,高质量的金属/ZnO接触的制备是非常重要的问题,无论是欧姆接触还是肖特基接触都是ZnO器件应用的前提和基础。目前,在金属/ZnO接触的研究中,作为欧姆或肖特基接触的电极多为非透明性的金属材料,使得氧化锌材料在光电子器件中的应用受到一定的限制[1?5]。IrO2是一种既透明又导电的过渡金属氧化物,在室温下显示出类似金属的导电性能,具有较低的电阻率和良好的抗氧化及抗腐蚀性能。目前,IrO2薄膜已被用作底电极、防热扩散层等[6?9]。尤其它在可见光区的透光性,吸引了人们极大的研究兴趣。本文采用脉冲激光沉积方法制备了IrO2/ZnO薄膜接触结构,并对其进行了表征。 1  脉冲激光沉积方法
  脉冲激光沉积方法(PLD)是应用比较广泛的薄膜生长技术,其原理是非常复杂的物理现象,但是设备简单。它是高能量脉冲激光轰击固体靶材表面时,激光与物质之间的所有物理相互作用,包括等离子体羽状物的形成,其后已熔化的物质通过等离子羽状物到达已加热的基片表面,最后生成膜。脉冲激光沉积过程一般可以分为4个阶段:激光辐射与靶的相互作用;熔化物质的动态;熔化物质在基片上的沉积;薄膜在基片表面的成核与生长。脉冲激光束聚焦在固体靶的表面上,固体表面大量吸收电磁辐射导致靶材表面的元素快速受热升温融化分离,蒸发的物质由容易逃出与电离的物质组成。如果熔化作用在真空之下进行,蒸发的物质本身会实时在靶表面上形成光亮的等离子体羽状物。
  应用PLD非常方便,过程中需要控制的参数有以下几个:激光能量通量、脉冲重复频率、衬底温度、气氛、气氛压强等。通过控制脉冲的数量,可以精密调节薄膜厚度至单原子层。连续熔化不同的靶,也可以十分容易地制造不同物质的多层膜。这种生长技术有很多独特的优点,沉积膜保留了靶的化学计量成分,沉积速率较高,实验周期短,沉积薄膜均匀,衬底温度要求低[10]。 2  IrO2薄膜的制备与表征
  2.1  IrO2薄膜的制备
  实验中在石英(SiO2)衬底上用脉冲激光沉积方法(PLD)制备IrO2薄膜。实验使用了波长为355 nm的Nd:YAG激光器,波长为355 nm,脉冲的频率为10 Hz,脉冲的宽度为15 ns,脉冲的能量为170 mJ;沉积氧气压强为13.3 Pa。靶材和石英衬底之间的距离约为5 cm,Ir靶直径为1 cm,激光束以45°角入射到靶上。沉积时的衬底温度、沉积时间等参数如表1所示。

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