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寬禁帶氧化鋅與金剛石結(jié)合的必要性探討
發(fā)布時(shí)間:2022-12-13
隨著對(duì)計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)密度和高功率電子器件要求的不斷提高,半導(dǎo)體器件研究呈現(xiàn)兩大特點(diǎn):一是新一代高溫半導(dǎo)體器件的研發(fā);二是具有藍(lán)紫光發(fā)射特性的短波長(zhǎng)發(fā)光器件的探索。在這些研究中,寬帶材料占有相當(dāng)?shù)谋戎亍D壳捌毡槭褂玫陌雽?dǎo)體器件是以單晶Si和Ga、As、P、In、Al元素構(gòu)成的元素半導(dǎo)體和化合物半導(dǎo)體制成。這些材料的共同特點(diǎn)是禁帶寬度窄(只有1 eV左右),屬于窄帶半導(dǎo)體材料。當(dāng)環(huán)境溫度高于150℃時(shí),由溫度導(dǎo)致的熱噪聲將使器件失效。而寬帶材料能夠顯著提高半導(dǎo)體器件的工作溫度和信噪比。
氮化鎵、碳化硅等寬帶半導(dǎo)體器件研究的成功已經(jīng)顯示了寬帶材料的優(yōu)異特性。
氧化鋅和金剛石都是寬禁帶半導(dǎo)體材料,在許多領(lǐng)域有重要的應(yīng)用價(jià)值。它們?cè)谑覝叵碌慕麕挾确謩e為3.4eV 和5.4eV,激子結(jié)合能也分別高達(dá)60meV 和80meV,這些特性使它們具備短波長(zhǎng)發(fā)光的屬性。尋找異質(zhì)結(jié)方式實(shí)現(xiàn)金剛石的應(yīng)用,一直是一個(gè)有價(jià)值而艱難的課題。就氧化鋅而言,在其制備過(guò)程中就能夠?qū)崿F(xiàn)n型導(dǎo)電。鑒于這2種材料均具有很好高溫和發(fā)光特性,將2種材料結(jié)合起來(lái)進(jìn)行異質(zhì)結(jié)制備,對(duì)于探索高溫器件和研究寬帶結(jié)載流子特性很有意義。此外,金剛石具有良好的導(dǎo)熱特性,其熱導(dǎo)率為Cu的3~5倍。利用金剛石制作器件能夠在發(fā)揮器件功能的同時(shí)導(dǎo)出熱量,大幅度降低熱能的積累。為此,研究金剛石/氧化鋅透明異質(zhì)結(jié)的制備方法,并對(duì)結(jié)的特性進(jìn)行了表征。在適當(dāng)?shù)墓に嚄l件下,金剛石和氧化鋅結(jié)合能夠形成具有非線性伏安特征的異質(zhì)pn結(jié),該結(jié)具有可見(jiàn)光透明特性,而且具有很好的穩(wěn)定性。由于金剛石和氧化鋅都是短波長(zhǎng)發(fā)光材料,透明結(jié)能夠大幅度減少光吸收,這對(duì)進(jìn)一步研制發(fā)光器件和研究寬帶結(jié)發(fā)光特性具有重要意義。