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氧化镓的n型掺杂研究进展

中国材料进展 2023年第4期42卷 277-288,303页

作者：蔺浩博刘宁涛吴思淼张文瑞叶继春中国科学院宁波材料技术与工程研究所浙江宁波315201 宁波大学材料科学与化学工程学院浙江宁波315211

作为一种新兴宽禁带半导体,氧化镓具有宽带隙、高击穿电压、高巴利加优值及良好的热稳定性的优点,在功率电子器件、日盲紫外探测器以及气体探测器等领域有着极大的应用潜力。首先概述了氧化镓相比于其他半导体材料存在的优势,介绍了氧... 详细信息

作为一种新兴宽禁带半导体,氧化镓具有宽带隙、高击穿电压、高巴利加优值及良好的热稳定性的优点,在功率电子器件、日盲紫外探测器以及气体探测器等领域有着极大的应用潜力。首先概述了氧化镓相比于其他半导体材料存在的优势,介绍了氧化镓的不同晶相(α、β、γ、δ、ε、κ)的物理性质及相应的潜在应用方向。其次,详细讨论了氧化镓的n型掺杂的研究现状,包括本征缺陷,Si,Ge,Sn以及其他高价元素掺杂的机理和输运调控规律。最后,探讨了氧化镓目前存在的主要问题,包括由于难以形成自由空穴而导致的p型掺杂困难以及本征热导率过低导致的器件难以散热的问题,并对氧化镓未来的发展进行了展望。

关键词：氧化镓 n型掺杂本征缺陷宽禁带氧化物半导体

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n型掺杂PTCDA复合材料对有机发光二极管性能的提高

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发光学报 2011年第4期32卷 387-392页

作者：程翠然陈玉焕秦大山全威刘金锁河北工业大学化工学院天津300130

采用碳酸锂(Li2CO3)为n型掺杂剂,苝四甲酸二酐(3,4,9,10 perylenetetracarboxylic dianhydride,PTC-DA)为母体材料,通过真空热蒸发方式制备了n型掺杂的PTCDA复合材料,将其作为电子注入材料应用到nPB/Alq3异质结有机电致发光器件中。研... 详细信息

采用碳酸锂(Li2CO3)为n型掺杂剂,苝四甲酸二酐(3,4,9,10 perylenetetracarboxylic dianhydride,PTC-DA)为母体材料,通过真空热蒸发方式制备了n型掺杂的PTCDA复合材料,将其作为电子注入材料应用到nPB/Alq3异质结有机电致发光器件中。研究发现,同Li2CO3∶BCP(1∶4)/Al结构和LiF/Al结构相比,Li2CO3∶PTCDA(1∶1)/Al结构能显著提高发光器件的亮度,器件功率效率也有所增加。发光器件性能的提高可以归因于两点:一是Li2CO3∶PTCDA(1∶1)的电导率显著高于Li2CO3∶BCP(1∶4)和本征Alq3,能够有效降低电流传导过程中的欧姆损失;二是阴极Al原子的渗透使Alq3/Li2CO3∶PTCDA界面变成欧姆接触。

关键词：有机发光二极管 n型掺杂 PTCDA BCP

半极性高Al组分AlGan材料的n型掺杂及表征

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半极性高Al组分AlGaN材料的n型掺杂及表征

作者：沈阳东南大学

学位级别：硕士

近年来,基于在杀菌消毒、水/空气净化等方面的巨大应用潜力,紫外发光二极管（Ultraviolet Light Emitting Diode,UV-LED）吸引了世界各国研究者的目光。同时,面对新型冠状肺炎疫情的来袭,人们更希望获得小型、便携、高效的紫外光源来替... 详细信息

近年来,基于在杀菌消毒、水/空气净化等方面的巨大应用潜力,紫外发光二极管（Ultraviolet Light Emitting Diode,UV-LED）吸引了世界各国研究者的目光。同时,面对新型冠状肺炎疫情的来袭,人们更希望获得小型、便携、高效的紫外光源来替代传统大型、笨重且有毒的汞灯。Al Ga n凭借其直接带隙、禁带宽度可调等优点被广泛应用于UV-LED的制备。然而,随着发光波长的降低,传统沿极性方向生长的Al Ga n基UV-LED的外量子效率（External Quantum Efficiency,EQE）显著下降,其原因主要有两个。第一,极性Al Ga n材料内部存在着很强的自发极化和压电极化电场,其导致的量子限制斯塔克效应（Quantum Confined Stack Effect,QCSE）随着Al组分的升高而进一步增强,进而导致内量子效率（Internal Quantum Efficiency,IQE）的下降。第二,随着Al组分升高,Al Ga n基UV-LED发射光的偏振态由横电（Transverse Electric,TE）偏振模式为主逐渐转变为横磁（Transverse Magnetic,TM）偏振模式为主,导致UV-LED的光提取效率（Light Extraction Efficiency,LEE）进一步降低。采用半极性（112 2）面Al Ga n材料替代传统的极性Al Ga n材料,有望为解决上述两个问题提供一个很好的途径。因为一方面,在半极性（112 2）面Al Ga n材料生长方向上的QCSE能够得到很好的抑制;另一方面,生长方向与c轴的偏离使得TM模式偏振光的出射概率大大增加,从而有助于提高EQE（=IQE×LEE）。本论文采用金属有机物化学气相沉积（Metal-Organic Chemical Vapor Deposition,MOCVD）技术生长了半极性（112 2）面Al Ga n薄膜,并对其n型掺杂技术进行了深入的研究。本论文的主要研究内容和成果如下:1.在（101 0）m面蓝宝石衬底上采用改良的氨气脉冲法制备了高温（High Temperature,HT）Al n缓冲层,并在此基础上生长了半极性（112 2）面Al Ga n薄膜,重点研究了HT-Al n缓冲层厚度对半极性Al Ga n薄膜晶体质量的影响。研究结果表明,通过优化HT-Al n缓冲层的厚度,半极性Al Ga n层的晶体质量获得了提高。特别是当高温Al n缓冲层厚度为400 nm时,半极性Al Ga n的表面形貌达到最佳,其表面粗糙度均方根（Root Mean Square,RMS）值仅为1.2 nm。2.通过改变H流量研究了总气体流量（Total Flow,TF）对半极性（112 2）面Al Ga n外延层性质的影响。研究发现,随着总气体流量的增加,TMAl和nH之间的预反应得到了很好的抑制,使得外延层的生长速率有所增加。然而,当总气体流量超过6 slm时,在PL光谱550 nm左右发现了一个与C相关的杂质发光峰。过量导入的H会引起C杂质的并入增强,进而导致半极性Al Ga n外延层的晶体质量下降。3.实现了半极性高Al组分Al Ga n材料的n型掺杂,并研究了Si H的摩尔流量对n-AlGan外延层性质的影响。研究结果表明,适量的Si掺杂可以显著改善表面形貌;且当Si H的摩尔流量为9.52 nmol/min时,外延层的电子浓度达到最大值,为5.3×10cm。4.研究了Ⅴ/Ⅲ比对半极性（112 2）面n-AlGan材料性质的影响。研究发现,随着Ⅴ/Ⅲ比的增加,生长速率首先上升,但在Ⅴ/Ⅲ比超过4500之后达到饱和。外延层表面的颗粒密度随Ⅴ/Ⅲ比的增加显著下降,表面粗糙度的RMS值降低至1.0 nm。结合霍尔效应测试以及PL光谱的表征结果,发现调控Ⅴ/Ⅲ比对抑制杂质的并入和缺陷的形成有着至关重要的作用。

关键词： UV-LEDs MOVCD 半极性(11(?)2)面AlGan n型掺杂总流量 Ⅴ/Ⅲ比

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有机半导体Alq的“n型掺杂”研究

有机半导体Alq的“n型掺杂”研究

作者：苏江森兰州理工大学

学位级别：硕士

有机电致发光二极管(Organic light-emitting diode,OLED)因其具有宽视角、高分辨率、重量轻以及响应快等优点,引发了人们对有机半导体的大量研究,近年来已经被广泛应用在平面显示器,包括手机和电视等产业。然而,在有机半导体中,本征载... 详细信息

有机电致发光二极管(Organic light-emitting diode,OLED)因其具有宽视角、高分辨率、重量轻以及响应快等优点,引发了人们对有机半导体的大量研究,近年来已经被广泛应用在平面显示器,包括手机和电视等产业。然而,在有机半导体中,本征载流子浓度和迁移率低,且相比于空穴的注入和传输能力,电子的注入与传输能力与空穴并不匹配,这就导致发光层中空穴与电子的数量不平衡,限制了OLED发光效率的提升。采用电掺杂技术对电子传输层进行n型掺杂不仅可以提高载流子浓度,且在某些情况下还可降低电子的注入势垒。本文对Li F和Liq(8-hydroxyquinolinato-lithium)两种典型电子注入材料作为n型掺杂剂掺杂电子传输层Alq(tris(8-hydroxyquinolinato)aluminum)进行研究,所得结果如下:首先,对Li F作为“n型掺杂剂”对器件性能的影响进行了研究,分别以Alq:Li F掺杂体系和Alq非掺杂体系作为电子传输层,制备了具有不同阴极结构(Al,Li F/Al)的只有电子传输的单载流子器件。实验结果表明,含有掺杂层器件的电学性能劣于Li F/Al复合阴极的非掺杂器件,优于Al阴极的非掺杂器件。表明掺入Alq的Li F具有双重效应:掺杂体系中靠近Al阴极界面上的Li F起到电子注入层的作用,增强电子注入并提高了电流;掺杂体系中存在于Alq体相中的Li F由于其自身的绝缘特性,阻碍了电子的输运,从而降低了电流。在Alq:Li F掺杂体系的吸收测试中未观察到相对应于nPB:Mo O掺杂体系中电荷转移所造成的额外吸收峰,荧光测试中观察到了光致发光光谱的少许蓝移,其起因于固态溶剂化效应。在电致发光器件中,Li F的掺杂表现出类似的行为,掺杂Li F的器件性能劣于含Li F/Al复合阴极的非掺杂器件,而优于含Al阴极的非掺杂器件,三种器件的最大电流效率分别为3.93、5.01和2.27 cd/A。实验结果表明Li F不能实现明显的“n型掺杂”效应,这与目前文献报道结果不同。最后,尝试典型的有机电子注入材料Liq作为“n型掺杂剂”时的效果。制备了只有电子传输的单载流子器件及结构类似的电致发光器件。结果表明,与Li F类似,Liq也无法实现明显的“n型掺杂”效应。与Li F不同之处在于Alq:Liq体系中Liq对电子传输的阻挡作用明显弱于Alq:Li F掺杂体系中Li F对电子传输的阻挡作用,这可归因于Liq本身的半导体特性。电致发光器件试验中,结果类似,掺杂Liq的器件性能劣于Liq/Al复合阴极的非掺杂器件,而优于Al阴极的非掺杂器件,三种器件的最大电流效率分别为3.96、4.27和2.27 cd/A。

关键词：有机半导体 n型掺杂电子注入层

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三嗪对CVD石墨烯n型掺杂的研究

无机材料学报 2017年第5期32卷 517-522页

作者：刘颖戴丹江南上海大学材料科学与工程学院上海200072 中国科学院宁波材料技术与工程研究所宁波315201

以化学气相沉积(CVD)制备的单层石墨烯为原料,小分子三嗪为掺杂剂,采用吸附掺杂的方式,在低温下对石墨烯实现n型掺杂。利用拉曼光谱(Raman)、X射线光电子能谱分析(XPS)、原子力显微镜(AFM)、紫外分光光度计(UV)和霍尔效应测试仪(Hall)... 详细信息

以化学气相沉积(CVD)制备的单层石墨烯为原料,小分子三嗪为掺杂剂,采用吸附掺杂的方式,在低温下对石墨烯实现n型掺杂。利用拉曼光谱(Raman)、X射线光电子能谱分析(XPS)、原子力显微镜(AFM)、紫外分光光度计(UV)和霍尔效应测试仪(Hall)对样品的形貌、结构及电学性能进行表征。结果表明:该方法简单安全,能够对石墨烯实现均匀的n型掺杂,掺杂石墨烯的透光率达到95%。掺杂后石墨烯的特征峰G峰和2D峰向高波数移动。掺杂180 min后,载流子浓度达到4×10^(12)/cm^2,接近掺杂前的载流子浓度,掺杂后的石墨烯在450℃的退火温度下具有可逆能力,其表面电阻在300℃以下具有较好的稳定性。

关键词： CVD石墨烯三嗪 n型掺杂载流子浓度表面电阻

二维Bn材料中n型掺杂探索:基于第一性原理的带电缺陷计算

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人工晶体学报 2020年第9期49卷 1646-1652页

作者：刘雪飞吕兵罗子江贵州师范大学物理与电子科学学院贵阳550025 贵州财经大学信息学院贵阳550025

半导体材料的有效掺杂可为半导体器件的成功应用提供保障。理论上,通过计算缺陷形成能和电荷转移能级可以预测掺杂的难易性以及缺陷能级的深浅性。基于密度泛函理论,结合二维带电缺陷计算方法,系统计算二维Bn材料中四种(C B,Si B,Ge B,S... 详细信息

半导体材料的有效掺杂可为半导体器件的成功应用提供保障。理论上,通过计算缺陷形成能和电荷转移能级可以预测掺杂的难易性以及缺陷能级的深浅性。基于密度泛函理论,结合二维带电缺陷计算方法,系统计算二维Bn材料中四种(C B,Si B,Ge B,Sn B)潜在n型掺杂体系的缺陷性质。结果表明,C B(Sn B)体系最稳定价态为+1价(-1价)和0价,而Si B,Ge B体系最稳定价态为+1价,0价和-1价,C B,Si B与Ge B体系相应的施主离子化能为2.00 eV,3.57 eV和4.06 eV,均表现为深能级施主,很难为Bn提供n型载流子。另外,C B体系在宿主Bn为p型掺杂时+1价态具有负形成能,将会严重降低Bn p型掺杂效率及空穴导电率。该研究结果可为实验上对二维Bn进行掺杂尝试提供理论依据。

关键词：二维Bn n型掺杂第一性原理带电缺陷计算电荷转移能级

利用Csn_3n型掺杂电子传输层改善OLED器件性能的研究

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液晶与显示 2016年第8期31卷 773-777页

作者：于瑶瑶陈星明金玉吴志军陈燕华侨大学信息科学与工程学院福建厦门361021 厦门市移动多媒体通信重点实验室福建厦门361021

为了能够有效地提高电子的注入和传输能力,改善有机电致发光器件的性能,本文利用Csn_3作为n型掺杂剂,对有机电子传输材料Bphen进行n型电学掺杂,制备了结构为ITO/MoO_3(2nm)/nPB(50nm)/Alq_3(30nm)/Bphen(15nm)/Bphen∶Csn_3(15nm,x%,x=10,15,20)/Al(100nm)的器件。实验结果表明,Csn_3是一种有效的n型掺杂剂,以掺杂层Bphen∶Csn_3作为电子传输层,可以有效地降低电子的注入势垒,改善器件的电子注入和传输能力,从而降低器件的开启电压,同时提高了器件的亮度和发光效率。在掺杂浓度为10%时器件的性能最优,开启电压仅为2.3V,在7.2V的驱动电压下,达到最大亮度29 060cd/m^2,是非掺杂器件的2.5倍以上。当驱动电压为6.6V时,达到最大电流效率3.27cd/A。而当掺杂浓度进一步提高时,由于Cs扩散严重,发光区形成淬灭中心,造成器件的效率下降。

关键词： Csn3 n型掺杂有机电致发光器件电流效率

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金刚石薄膜n型掺杂的气相动力学过程研究

金刚石薄膜N型掺杂的气相动力学过程研究

作者：张靖河北大学

学位级别：硕士

本工作采用Monte Carlo方法，根据辉光放电理论，利用“伪碰撞”技巧和重整化方法深入研究了低温合成金刚石薄膜过程中电子的角分布以及电子的复合过程的影响，并且首次对以HS为掺杂源气体采用EACVD技术合成n型硫掺杂的金刚石薄膜的动... 详细信息

本工作采用Monte Carlo方法，根据辉光放电理论，利用“伪碰撞”技巧和重整化方法深入研究了低温合成金刚石薄膜过程中电子的角分布以及电子的复合过程的影响，并且首次对以HS为掺杂源气体采用EACVD技术合成n型硫掺杂的金刚石薄膜的动力学过程进行了模拟。主要结果如下：(1)研究了电子在雪崩碰撞和分解电离后的角分布情况，结果表明基片附近电子的散射以大角散射为主，在维持辉光放电的条件下，较高的偏压和工作气压对金刚石的横向连续成膜是有益的;(2)考虑了低温合成金刚石薄膜过程中电子与各种碎片粒子的复合过程，给出了不同的复合系数情况下的粒子数分布，结果显示各种碎片粒子的分布随复合系数的变化会出现粒子数分布的涨落现象。(3)对不同气压、偏压和不同的配比情况下n型硫掺杂的金刚石薄膜的动力学过程进行了模拟，得出了掺杂元素S和S以及惰性气体Ar的粒子数分布，计算结果对掺杂过程的研究有重要的参考价值。

关键词：金刚石薄膜 n型掺杂 Monte Carlo方法 EACVD 气相动力学模型

(AlGa)2O3薄膜外延生长及n型掺杂研究

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(AlGa)2O3薄膜外延生长及n型掺杂研究

作者：李翔西安电子科技大学

学位级别：硕士

氧化镓作为一种新型的宽禁带半导体材料,具有较大的禁带宽度以及击穿电场强度,在功率器件中具有巨大的应用前景。通过掺入铝元素而形成的铝镓氧三元合金使得其禁带宽度得以调制,使之具有更大的禁带宽度,制作的器件击穿电压更高。本文采... 详细信息

氧化镓作为一种新型的宽禁带半导体材料,具有较大的禁带宽度以及击穿电场强度,在功率器件中具有巨大的应用前景。通过掺入铝元素而形成的铝镓氧三元合金使得其禁带宽度得以调制,使之具有更大的禁带宽度,制作的器件击穿电压更高。本文采用了PLD技术在蓝宝石衬底上成功制备了铝镓氧薄膜以及n型掺杂的氧化镓薄膜,主要研究了衬底温度和氧气分压对薄膜质量的影响,探讨了薄膜材料在光电探测器方面的应用,得到了如下结论:第一,选取Al含量为12%原子比的氧化镓靶材制作铝镓氧薄膜,研究了衬底生长温度和氧气压力对薄膜的影响。通过XRD测试表明,蓝宝石衬底外延的铝镓氧薄膜具有良好的单一取向型,薄膜沿着(201)方向择优生长,与氧化镓的衍射峰相比,铝镓氧薄膜的衍射峰向高角度方向偏移。通过改变生长氛围中氧气压力以及调节生长温度可以改变铝镓氧薄膜中的Al组分,当生长温度升高时,薄膜中的Al含量增加,禁带宽度增大;当氧气压力增加时,Al含量减少。通过控制生长温度和生长时候的氧气压力,实现禁带宽度的控制。第二,通过不同氧气分压制备的铝镓氧薄膜具有不同的Al组分,提高氧气分压能制备出Al含量低的(AlGa)O薄膜,由于低Al含量的(AlGa)O薄膜具有因为缺陷造成的浅能级杂质缺陷使得材料的导电性增加,其所制作的紫外探测器相较于氧化镓制备的探测器具有更优秀的光电流以及响应度。从光电流与时间关系的光谱图可以发现,高Al含量的(AlGa)O薄膜由于具有较多的深能级缺陷使得光电流较低,从而持久光电导效应显著。第三,采用Si作为掺杂剂制作二维掺杂氧化镓薄膜,研究了不同温度下制备的二维掺杂氧化镓薄膜的特性。通过XRD测试可以发现,Si二维掺杂氧化镓与氧化镓薄膜相比,其衍射峰向高角度方向偏移。并且从AFM的测试结果发现,随着生长温度的提升,薄膜的粗糙度也相应增加,三维岛状生长成为薄膜的生长模式。同样的,随着生长温度的生长,从光学吸收谱发现其光学吸收边也变得平缓,并有向短波长方向偏移。第四,使用Si二维掺杂生长的氧化镓薄膜,制备的紫外探测器的性能与样品的生长温度有关。当生长温度升高到750℃时,能获得更大的光电流。在750℃生长的样品在反偏电压为20V,光功率密度为600μW/cm的条件下,其光电流和暗电流之比达到200以上。通过I-t曲线分析得到,750℃条件生长下的样品具有更短的衰减时间以及更大的光电流,其光电流达到了7000nA。

关键词：氧化镓 n型掺杂脉冲激光沉积光电探测器氧压