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宽禁带氧化锌与金刚石结合的必要性探讨
发布时间:2022-12-13
随着对计算机存储密度和高功率电子器件要求的不断提高,半导体器件研究呈现两大特点:一是新一代高温半导体器件的研发;二是具有蓝紫光发射特性的短波长发光器件的探索。在这些研究中,宽带材料占有相当的比重。目前普遍使用的半导体器件是以单晶Si和Ga、As、P、In、Al元素构成的元素半导体和化合物半导体制成。这些材料的共同特点是禁带宽度窄(只有1 eV左右),属于窄带半导体材料。当环境温度高于150℃时,由温度导致的热噪声将使器件失效。而宽带材料能够显著提高半导体器件的工作温度和信噪比。
氮化镓、碳化硅等宽带半导体器件研究的成功已经显示了宽带材料的优异特性。
氧化锌和金刚石都是宽禁带半导体材料,在许多领域有重要的应用价值。它们在室温下的禁带宽度分别为3.4eV 和5.4eV,激子结合能也分别高达60meV 和80meV,这些特性使它们具备短波长发光的属性。寻找异质结方式实现金刚石的应用,一直是一个有价值而艰难的课题。就氧化锌而言,在其制备过程中就能够实现n型导电。鉴于这2种材料均具有很好高温和发光特性,将2种材料结合起来进行异质结制备,对于探索高温器件和研究宽带结载流子特性很有意义。此外,金刚石具有良好的导热特性,其热导率为Cu的3~5倍。利用金刚石制作器件能够在发挥器件功能的同时导出热量,大幅度降低热能的积累。为此,研究金刚石/氧化锌透明异质结的制备方法,并对结的特性进行了表征。在适当的工艺条件下,金刚石和氧化锌结合能够形成具有非线性伏安特征的异质pn结,该结具有可见光透明特性,而且具有很好的稳定性。由于金刚石和氧化锌都是短波长发光材料,透明结能够大幅度减少光吸收,这对进一步研制发光器件和研究宽带结发光特性具有重要意义。