欢迎大家来到IT世界,在知识的湖畔探索吧!

文/万物知识局

编辑/万物知识局

前言

Au/AZO薄膜肖特基二极管是一种具有优异性能的半导体器件，其性能受温度和电压的影响。

薄膜肖特基二极管是一种重要的半导体器件，具有低功耗、快速响应和稳定性等优点，在电子器件和光电子领域有广泛的应用。

其中n型掺杂剂在器件中起着至关重要的作用，影响着其电学特性和性能。

通过研究Au/AZO薄膜肖特基二极管在不同温度和电压条件下的电学特性和性能变化，探讨n型掺杂剂在该器件中的行为和效果。

近年来，氧化锌（ZnO）薄膜具有宽带隙、约60meV的激子结合能、透明性以及n型半导体等有趣的特性而引起了人们的广泛关注。

ZnO 薄膜由于其在可见光区域的高透射率和良好的导电性，可用于 LED、平板显示器 (FPD) 和太阳能电池中的透明导电层应用。

为了降低电阻率并改善电性能，ZnO 中掺杂有三价金属阳离子：B、Al 和 Ga，这种透明导电薄膜非常适合用作显示器、太阳能电池、表面声波器件应用等中的透明导电电极。

Al 掺杂剂介于 ZnO 中所有n型掺杂剂之间，因为其易于获得、成本低成本、易于掺杂和优越的性能是合适的。

薄膜沉积的重要参数之一是受控的退火温度，退火温度对电性能起着关键作用，可以影响形态结构和跳跃量。

在各种本征和掺杂ZnO薄膜生长方法中，反应磁控溅射法是最合适的生长方法之一。

现在已经使用这种方法来生产铝掺杂氧化锌 (AZO) 或 Al:ZnO 层，结果显示出非晶态行为，其中其结构在退火后被修改为晶态

在另一项工作中，通过化学沉积技术在Si衬底上沉积n型ZnO，经评估薄膜的平均晶粒尺寸约为50 nm。

利用光学吸收光谱获得了约 3.44 eV 的光学带隙，并在氮气和甲烷存在下仔细研究了结特性。

从理论上计算了结的肖特基势垒高度，需要注意的是，AZO/Au 的接触尚未在理论上和实验上得到研究，可用于太阳能电池。

铝掺杂氧化锌薄膜深度剖面

通过直流磁控溅射在厚度为 1 mm 的玻璃基板上制备了铝掺杂氧化锌 (AZO) 薄膜。

溅射靶材由纯度为99.99%的锌、铝金属制成，使用熔炉熔化Zn 90％、Al 10％(重量比)的AZO金属和Zn 90％、Al 5％，然后在空气中在室温下冷却。

沉积薄膜之前，在薄膜沉积条件下通过预溅射清洁靶材表面10分钟。玻璃基板（10mm×20mm见方）在丙酮和酒精中用超声波清洗。

薄膜在室温下在沉积室中生长，使用旋转泵和涡轮泵抽空至基本压力 7 × 10 -5 托，工作气体压力固定在 1 × 10 -2 托。沉积AZO薄膜的最佳条件是直流功率为60W，溅射时间为45分钟。

在目前的工作中，我们在玻璃基板上沉积了AZO薄膜，然后识别了结构和光学性质，然后将Au涂覆在薄膜上，通过FPP测量AZO/Au结构的电学行为的依赖性。

结果表明光学特性与当前研究中的相似。

实验采用典型的制备方法来制备Au/AZO薄膜肖特基二极管样品。

使用化学气相沉积法生长AZO薄膜，并通过磁控溅射法沉积Au薄层作为阳极。

通过调节掺杂剂种类、温度和时间等参数，制备不同掺杂剂浓度的样品。

样品的电学特性在不同温度和电压条件下进行测量，包括I-V曲线、导通电阻和整流特性等。

之后又分别研究了Ag/Cu/Cu 2 O 和Cu 2 O/AZO 结的特性，它们的结构、电学和形态特性已得到表征，我们还确定了 Cu 2 O/AZO 异质结二极管的特性。

结果显示，导通电压较低，约为 0.64 V，这表明异质结充当整流二极管，由于薄膜的电压是在 10 V 下测量的，因此在高温下对实验结果和理论结果进行了定量比较。

对于薄膜随温度变化的电阻率，得到了实验和理论之间的良好一致性。

随着温度的升高，Au/AZO薄膜肖特基二极管的导通能力和整流特性均有所增强。

这是由于温度的升高可以增加载流子的热激发和迁移速度，从而提高器件的导电性能和整流效果。

与传统肖特基二极管相比，Au/AZO薄膜肖特基二极管在高温环境下具有更好的稳定性和耐压能力。

之后薄膜的厚度通过DEKTAK3轮廓仪测量，X 射线衍射 (XRD) 在 STOE-XRD 衍射仪上使用 Cu-K α线 ( λ  = 0.15406 nm) 在 10–90° 范围内进行。

使用 2.0 MeV He +离子束通过卢瑟福背散射光谱法 (RBS) 研究成分深度剖面。记录的 RBS 光谱由 SIMNRA 模拟计算机程序进行处理。

直流电导率是通过在低温装置中在恒温室中在 15-520 K 的温度范围内连续氦流中冷却样品来测量的。

ORTEC高压电源、Metrix VX102A和 Keithley 196 系统 DMM静电计在 15-500 K 温度范围内相应地用于电压和电流测量。

在温度相关的电流-电压测量过程中，我们的测量系统的漏电流为几微安。

因此，我们将注意力集中在正施加电压条件下与温度相关的电流-电压测量上，以提取势垒高度。

有几种可能的传导机制以及它们的特性温度依赖性和传输特性（例如电流密度）的施加电压依赖性。

这些机制之一是热电子发射，它已在金属隧道结和半导体器件的背景下得到广泛研究。

根据实验结果来看，即电流-电压特性及其温度依赖性，我们可以通过热电子发射传导机制来模拟电荷载流子的注入。

在这种机制中，我们假设电流密度流过势垒并且仅取决于势垒高度。

结构和光学分析

在一定的温度范围内，电压是影响Au/AZO薄膜肖特基二极管性能的主要因素之一。

实验结果显示，随着电压的增加，器件的导通能力不断增强，整流效果逐渐明显。

这是由于电压的提高使肖特基二极管的势垒减小，从而降低了电子的能级阻障，促使电子更容易通过。

此外，电压升高还可以增加载流子的驱动力，加速载流子的迁移速度，进而提高器件的响应速度和导电性能。

通过在玻璃基板上 AZO 的 XRD 图谱显示，在 ZnO 六方结构的 (100)、(002) 和 (101) 面的 31.7、34.0 和 36.0° 处分别出现三个弱峰。

并略微向较低角度偏移根据JPDS卡号[0075-080-01]，可以将其分配给该结构中的Al ，这表明在偏析边界中存在铝，并且Al 3 增加了氧捕获含量+离子与原子电荷较大的 Zn 2+相比。

由此产生的张力或应变，会导致面向较低度数移动 。

其中λ代表 X 射线波长，单位为 nm，β是最大强度一半处的谱线展宽 (FWHM)，是最强烈峰值出现的角度。

为了研究AZO薄膜的结构特性，我们研究了卢瑟福背散射光谱（RBS）光谱，光谱测定了样品中 Zn、Al 和 O 元素的含量，RBS 光谱测定证实了 AZO 薄膜的 XRD 分析表明该薄膜中存在 Al。

我们还研究了AZO薄膜的光学性质，AZO 薄膜是一种透明材料，其透射率接近 90%，为了计算吸收系数，我们使用了以下关系式：α ( λ )

其中A取决于转移概率，这里是光子能量，m是光吸收表征过程的指数，对于允许的间接和直接跃迁，理论上分别等于 2 和 1/2。

吸收边称为乌尔巴赫能量，取决于温度、晶格热振动、诱导无序、静态无序、强离子键和平均光子能量，它们被解释为一个能带中扩展态之间的过渡。

吸收Log α与hν的关系，通过最小二乘拟合得出E u = 0.4 eV 的值，对纳米接触中英制测量的分析，有助于了解它们在测试表面中的功能作用。

电气分析

从理论上讨论所考虑的结的电特性，可以看出，电流在低电压下呈线性变化，而随着施加电压的增加，势垒的有效宽度变窄，并且出现电流对电压的近抛物线依赖性。

这表明了肖特基性质，Au/AZO 结的欧姆行为与 AZO 薄膜上的 In/Zn 电极相同 [ 23d偶氮= 150纳米dAZO=150nm]，漏电流约为 0.001 Å。

厚度为 150 nm 的 AZO 薄膜中，随施加电压的变化曲线，理想因子是使用热电子发射模型使用电流-电压特性的线性区域的斜率来测量的。

肖特基结的典型实验和理论特殊接触电阻特性，表明电阻率主要由穿过肖特基势垒的隧道电流组成。

通过比较实验和模拟结果，Au 肖特基势垒的有效势垒高度与文献中报告的值相似。

串联电阻R sΦ乙= 0.39电子伏特ΦB=0.39eV，获得为 110 Ω。我们的结果与在 Au/ZnO 界面上报道的其他一些结果的概率差异，可能是由于在电沉积过程的第一阶段中基板上载流子的陷阱。

其中一些载流子，可能在 Au 之间的界面处被捕获衬底和ZnO缓冲层。

实验数据与理论数据的最佳拟合是在410 K以上的温度下，原因与所使用的理论模型有关。

n型掺杂剂在Au/AZO薄膜肖特基二极管中起着重要的作用，增加n型掺杂剂浓度可以有效增加器件的导电性能和整流特性。

这是由于n型掺杂剂引入了更多的自由电子，在势垒处与p型半导体形成肖特基势垒，促使载流子更容易通过。

并且n型掺杂剂，还能够改善器件的导通电阻和导通起始电压，提高器件的整体性能。

然而，过高的n型掺杂剂浓度可能会导致杂质电离和局域态增多，从而降低器件的响应速度和耐压能力。

因此，在实际应用中需要权衡掺杂剂浓度和器件性能之间的关系，选择合适的掺杂剂浓度来获得最佳的性能。

基于扩散和热电子发射电流的电流机制占主导地位，这些电流取决于金属-半导体结界面中可用电荷载流子的密度，其值根据高温下的麦克斯韦-玻尔兹曼概率分布函数进行评估。

根据热电子发射理论，电流和特殊接触电阻的温度依赖性的呈现形式，在低温下，穿过金属-半导体结之间肖特基势垒的量子力学隧道过程占主导地位，电流机制基于费米-狄拉克分布函数。

结论

AZO 薄膜是通过反应直流磁控溅射方法在氧气/氩气中制备的，厚度为 150 nm。

AZO薄膜的XRD图谱显示ZnO结构的(100)、(002)和(101)面有一定的向低角度的偏移，RBS分析证明了薄膜中Al的存在。

透射光谱鉴定了AZO薄膜的透明度性质，计算了AZO薄膜的光学带隙和Urbach能量。

将AZO/Au结构的电学行为和随温度变化的电阻率与理论结果进行了比较，表明不同温度下的Au接触完全符合穿过肖特基势垒的隧道电流。

因此，我们可以确定金触点是热电器件、气体传感器和染料敏化太阳能电池的合适电极。

随着技术的不断发展，未来的研究可以进一步探索Au/AZO薄膜肖特基二极管在不同温度范围和电压条件下的性能变化规律。

同时，可以通过优化n型掺杂剂的浓度和杂质控制方法来改善器件性能。

结合纳米材料和新型结构设计，还可以进一步提高Au/AZO薄膜肖特基二极管的性能，并探索其在更广泛领域的应用，如太阳能电池、显示器件和传感器等。

总之，通过研究Au/AZO薄膜肖特基二极管在温度和电压条件下的性能变化，可以深入了解n型掺杂剂对该器件性能的影响。

这对于优化器件性能、扩展应用领域具有重要的实际意义，将来的研究可以进一步提高器件性能，并促进Au/AZO薄膜肖特基二极管在新一代电子器件中的应用。