硅基氧化锌纳米棒阵列薄膜的表面光伏特性研究

硅／氧化锌异质结可以产生很强的光伏效应,因而硅基氧化锌的生长及发光性质方面已有了相对成熟的理论研究,但是在硅/氧化锌异质结电荷传输机制方面的研究相对较少。在相同条件下,氧化锌纳米棒阵列薄膜比氧化锌薄膜具有更加优异的光学性能和电子输运能力,因而研究硅基氧化锌纳米棒阵列的表面光伏特性对于硅基氧化锌纳米棒阵列薄膜的光电器件设计和制备有非常大的意义。表面光伏谱测量技术是通过对半导体材料光致表面电压变化进行分析的一种技术,它具有高灵敏度,不污染样品等优点。表面光伏谱(SPS)技术可以用来分析半导体局域能级的电子特性、杂质缺陷和电荷传输等方面。因而,这种基于Kelvin探针和MIS结构的表面光伏测试技术在表征半导体材料的光电性能方面得到了广泛应用。本文为研究硅基ZnO纳米棒阵列薄膜的表面光伏特性,采用籽晶辅助化学水浴沉积法：即先用磁控溅射法在P-Si(100)衬底上制备一层ZnO薄膜作为籽晶层,然后利用化学水浴沉积法生长ZnO纳米棒阵列薄膜。利用扫描电子显微镜、X射线衍射仪和光致发光谱对样品进行表征,结果表明硅衬底上生长的ZnO纳米棒基本沿C轴生长,薄膜杂质缺陷极少,具有良好的紫外发光特性。基于Kelvin探针扫描系统和MIS结构的表面光伏技术被用于研究硅基ZnO纳米棒阵列薄膜的表面光伏特性。表面光伏谱和它的时间分辨过程被用来分析硅基ZnO纳米棒阵列薄膜的能级信息,由此得出硅基ZnO纳米棒阵列薄膜中被激发光电子的寿命能级较少。并且分析了硅/氧化锌异质结界面的电荷传输分离机制,得出了样品包含不同的电荷传输机制,为制作硅基ZnO纳米棒器件提供了理论参考。