一种MgZnO薄膜及其带隙调节方法和应用与流程

一种mgzno薄膜及其带隙调节方法和应用
技术领域
1.本发明涉及mgzno薄膜带隙调节技术领域，尤其涉及一种mgzno薄膜及其带隙调节方法和应用。


背景技术：

2.目前zno掺杂mg一方面可以构造异质结，便于我们通过极化现象研究半导体异质结构的电子输运行为，另一方面，在能带工程中也具有重要作用，如面向47宽禁带氧化物半导体载流子调控技术与能带工程及应用的研究短波长光电探测器件领域。与gan、sic等其它宽禁带材料相比，zno原料易得、成膜性强、稳定性好。掺入mg组分形成mgzno合金半导体后，可实现带隙在3.3ev(zno)～7.8ev(mgo)之间调节。
3.mgzno合金的截止吸收边随mg含量的增加从紫外光区继续发生蓝移，能够覆盖地球大气臭氧层吸收的主要范围200-280nm，进而实现日盲区紫外光的探测，因此，mgzno合金在军事和经济上均具有巨大的应用价值。由此，高mg组分的mgzno合金具有独特的应用研究价值，同时，由于高mg组分容易导致分相的产生，单一相的mgzno合金较难获得。
4.mgzno用于紫外探测进行了研究，发现该条件下生长的异质结mgzno薄膜在紫外探测方面表现出了较高的灵敏度，但是由于薄膜出现分相，表明目前的工艺条件需要继续改进。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种mgzno薄膜及其带隙调节方法和应用，旨在解决现有技术中的mgzno用于紫外探测进行了研究，发现该条件下生长的异质结mgzno薄膜在紫外探测方面表现出了较高的灵敏度，但是由于薄膜出现分相，表明目前的工艺条件需要继续改进的技术问题。
6.为实现上述目的，本发明采用的一种mgzno薄膜及其带隙调节方法和应用，包括如下步骤，
7.根据mgzno薄膜的sem图、afm图、eds图观察mgzno薄膜；
8.基于ald技术低温生长技术获得mgzno薄膜，并制备平面光电导型探测器；
9.采用半导体参数分析仪测试平面光电导型探测器的特性；
10.对器件进行光响应的开关测试；
11.经过退货处理的样品进行透射谱测试分析，确定器件是否具有光谱选择性。
12.在“根据mgzno薄膜的sem图、afm图、eds图观察mgzno薄膜”中，所述方法还包括，
13.制备mgzno薄膜的sem图、afm图和eds图；
14.由sem图观察ald低温生长所得的薄膜表面平整连续；
15.由afm图观察薄膜均匀分布和粗糙度；
16.由eds图表面采用ald低温生长方法得到mg，zn，o三种元素的分布。
17.在“基于ald技术低温生长技术获得mgzno薄膜，并制备平面光电导型探测器”中，
所述方法还包括，
18.基于ald技术低温生长技术获得的mgzno薄膜，采用标准光刻工艺和电子束蒸镀的方法进行蒸镀金属电极，电极结构为ti/au 10/80nm。
19.在“采用半导体参数分析仪测试平面光电导型探测器的特性”中，所述方法还包括，
20.采用半导体参数分析仪，以ti/au为接触电极，在室温暗场条件下测试mgzno/al2o3平面光电导型探测器的i-v特性。
21.在“对器件进行光响应的开关测试”中，所述方法还包括，
22.测量器件在0-5v条件下，暗场的电流大小；
23.加hg灯照射后，测量器件参数的光电流；
24.对器件进行光响应的开关测试。
25.一种mgzno薄膜及其带隙调节方法，应用于改善mgzno薄膜的生长质量。
26.本发明的一种mgzno薄膜及其带隙调节方法和应用，包括如下步骤，根据mgzno薄膜的sem图、afm图、eds图观察mgzno薄膜；基于ald技术低温生长技术获得mgzno薄膜，并制备平面光电导型探测器；采用半导体参数分析仪测试平面光电导型探测器的特性；对器件进行光响应的开关测试；经过退货处理的样品进行透射谱测试分析，确定器件是否具有光谱选择性，如此能够避免薄膜出现分相。
附图说明
27.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
28.图1是本发明的mgzno薄膜的表面表征sem图。
29.图2是本发明的mgzno薄膜的表面表征afm图。
30.图3是本发明的mgzno薄膜的表面表征eds图。
31.图4是本发明的以al2o3为衬底的mgzno光电导探测器结构。
32.图5是本发明器件的器件的i-v曲线图。
33.图6是本发明的2v偏压与hg灯光照条件下，器件的时间-光电流曲线图。
34.图7是本发明的mgzno薄膜的透射谱。
35.图8是本发明的mgzno薄膜及其带隙调节方法的流程图。
36.图9是本发明的根据mgzno薄膜的sem图、afm图、eds图观察mgzno薄膜的流程图。
37.图10是本发明的对器件进行光响应的开关测试的流程图。
38.图11是本发明的经过退货处理的样品进行透射谱测试分析，确定器件是否具有光谱选择性的流程图。
具体实施方式
39.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。
40.请参阅图8至图11，本发明提供了一种mgzno薄膜及其带隙调节方法和应用，包括如下步骤，
41.s101：根据mgzno薄膜的sem图、afm图、eds图观察mgzno薄膜；
42.s1011：制备mgzno薄膜的sem图、afm图和eds图；
43.s1012：由sem图观察ald低温生长所得的薄膜表面平整连续；
44.s1013：由afm图观察薄膜均匀分布和粗糙度；
45.s1014：由eds图表面采用ald低温生长方法得到mg，zn，o三种元素的分布；
46.在本实施方式中，由图1的sem图可以看出ald低温生长所得的薄膜表面平整连续，图2的afm图表明薄膜分布均匀，粗糙度约为5.4nm。如图3所示的元素能谱分析可知mg，zn，o三种元素分布均匀。表明采用ald低温生长的方法能够得到mg，zn，o三种元素分布均匀的连续均匀的薄膜。
47.s102：基于ald技术低温生长技术获得mgzno薄膜，并制备平面光电导型探测器，采用标准光刻工艺和电子束蒸镀的方法进行蒸镀金属电极，电极结构为ti/au 10/80nm；
48.在本实施方式中，基于ald技术低温生长技术获得的mgzno薄膜，实验上采用标准光刻工艺和电子束蒸镀的方法进行蒸镀金属电极，电极结构为ti/au10/80nm，从而制备如图4所示的平面结构的光电导型探测器。
49.s103：采用半导体参数分析仪测试平面光电导型探测器的特性，采用半导体参数分析仪，以ti/au为接触电极，在室温暗场条件下测试mgzno/al2o3平面光电导型探测器的i-v特性；
50.在本实施方式中，采用keithley technologies 2600型半导体参数分析仪,以ti/au为接触电极，在室温暗场条件下测试了mgzno/al2o3平面光电导型探测器的i-v特性。
51.s104：对器件进行光响应的开关测试；；
52.s1041：测量器件在0-5v条件下，暗场的电流大小；
53.s1042：加hg灯照射后，测量器件参数的光电流；
54.s1043：对器件进行光响应的开关测试；
55.在本实施方式中，如图5所示，器件在0-5v条件下，暗场下的电流较小，这表明器件具有较大的电阻，这可能是由于薄膜具有较多的晶界引起。加hg灯照射后，器件产生较大的光电流，达到10-7a数量级，光/暗电流比约为104。预示了器件具有灵敏的探测性能。
56.接下来对器件进行光响应的开关测试。如图6所示，开/关hg灯时，器件的光电流迅速回复原来的值。定义上升时间为所得光电流最大值10％-90％的禁带氧化物半导体载流子调控技术与能带工程及应用的研究区间，下降时间为所得光电流最大值90％-10％的区间，在2v偏压下，器件的光电流上升时间约为0.6s，下降时间约为0.48s。上升时间大于下降时间，这可能是由于平面型结构，在光照时，需要更多载流子聚集以产生足够的电荷突破晶界等缺陷的壁垒，而光照结束时，之前由于晶界等导致的载流子聚集产生的电场，使得载流子能迅速的复合。同时，多循环时间分辨光电流测试表明器件对于深紫外光响应具有良好的重复性。
57.s105：经过退货处理的样品进行透射谱测试分析，确定器件是否具有光谱选择性；
58.s1051：通过透射谱来表征所生长的薄膜是否是单一相；
59.s1052：对薄膜进行退火处理，退火调节分别为600℃～700℃，空气退火30min；
60.s1053：将经过退火处理的样品进行透射谱测试分析，确定器件是否具有光谱选择性；
61.在本实施方式中，虽然我们获得了具有超低暗电流，对于紫外光具有较快响应的光电探测器，但是为了确定器件是否具有光谱选择性，我们首先通过透射谱来表征所生长的薄膜是否是单一相。如图7，我们测试了mgzno/al2o3薄膜的透射谱，从透射谱可以发现薄膜发生了分相，在377nm和280nm处均出现截止，表明薄膜在生长过程中发生了分相。我们随后对薄膜进行了退火处理，退火条件分别为600℃，700℃，空气退火30min。我们将经过退火处理的样品进行透射谱测试分析，生长之后的退火并不能使得薄膜进行重新结晶而促进单一相的形成。这可能是由于立方结构的mgo和六方结构的zno晶格差异过大，同时采用ald低温生长方法掺入的mg组分又非常高引起。也表明采用ald低温生长的方法获得薄膜其特性主要决定于生长的过程，因而，接下来，我们将通过改进生长工艺，如改变生长温度，在生长过程中增加退火工艺等来改善薄膜的生长质量。
62.一种mgzno薄膜及其带隙调节方法，应用于改善mgzno薄膜的生长质量。
63.以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。