1、ZnO是一種Ⅱ-Ⅳ族直接帶隙的寬禁帶半導體材料，在室溫下其禁帶寬度為3.36eV，激予束縛能為60meV，具有很好的熱穩(wěn)定性和化學穩(wěn)定性。1996年香港和日本科學家在第23屆半導體激光器國際會議上首次報道ZnO微結構的紫外受激發(fā)射。隨后，在1997年5月9日出版的Science雜志“Will UV Lasers Beat the Blues”為題，高度評價了氧化鋅在紫外激光器的應用前景，從而在國際范圍內(nèi)掀起了研究氧化鋅的熱潮。另外，作為

2、第二代半導體材料，ZnO在高效率光散發(fā)設備和其他光學方面也有很好的應用前景，但是材料中的點缺陷是影響其光學和電學性質的重要因素，因此準確鑒別和量化材料中的點缺陷就顯得尤為重要。 正電子湮沒譜學(Positron Annihilation Spectroscopy)，是一門把核物理和核技術應用于固體物理和材料科學研究的新技術，還可應用與化學和生物等學科。因其無損、靈敏度高等特點，而在材料微缺陷研究中得到了廣泛的應用和越來越多的重視

3、。 本論文主要圍繞Si基ZnO異質外延薄膜的性質展開研究，利用正電子湮沒技術，同時結合X射線衍射分析，拉曼散射譜以及光致發(fā)光譜等測試手段相輔相成，瓦為補充，其結果對于ZnO材料的生長和應用都具有綴好的指導作用。主要的研究工作和結果如下： 1.同質緩沖層生長ZnO/Si薄膜的研究 利用X射線衍射(XRD)，正電子湮沒譜學(PAs)和光致發(fā)光譜(PL)等方法研究了不同厚度同質緩沖層生長的ZnO/Si薄膜。通過改變直流

4、濺射時間，在Si襯底上濺射一層不同厚度的ZnO緩沖層，再利用LP-MOCVD生長離質量的ZnO薄膜。通過研究發(fā)現(xiàn)，沒有緩沖層的ZnO薄膜是取向性較差的多晶薄膜，而隨著緩沖層的引入，薄膜的取向性明顯變好。慢正電子觀測到溥膜內(nèi)正電子的捕獲缺陷主要是Zn空位(V<,Zn>)，并且在靠近薄膜和緩沖層的界面空位濃度變大。然而隨著緩沖層的厚度的增加，薄膜的結晶質量開始下降，缺陷濃度開始增加以及發(fā)光性質開始變差。可見緩沖層的引入對薄膜質量有顯著影響。

5、 另外，還比較了Si(100)襯底和Si(111)襯底生長的同質緩沖層薄膜，發(fā)現(xiàn)以Si(100)做襯底，正電子在薄膜內(nèi)觀察到的缺陷也是Zn空位(V<,Zn>)，隨著緩沖層厚度的增加，缺陷濃度以及光致發(fā)光的變化趨勢同Si(111)為襯底是完全一致的，但是以Si(100)為襯底的薄膜空位缺陷濃度更大，并且光致發(fā)光譜測量表明還產(chǎn)生了更多缺陷類型(No)，這些都說明Si(100)上生長的薄膜質量不如以Si(111)為襯底生長的薄膜。

6、 2.退火對N摻雜ZnO/Si薄膜的影響 利用X射線衍射(XRD)、正電子湮沒譜學(PAS)、拉曼散射光譜(RSS)和光致發(fā)光譜(PL)等方法研究了不同退火氣氛和退火溫度對N摻雜的ZnO/Si(111)薄膜的影響。利用等離子輔助生長Si基ZnO異質外延薄膜，通過優(yōu)化工藝、選擇合適的射頻功率等，可以得到結晶質量較好的薄膜。通過研究發(fā)現(xiàn)，600℃-800℃退火的ZnO薄膜都具有較好的c軸取向，且隨著退火溫度的升高薄膜的晶格質量

7、也隨之變好，紫外發(fā)光強度有了明顯提升。正電子在600℃和700℃退火的薄膜內(nèi)觀察到的空位缺陷都是V<,Zn>，且隨著退火溫度升高空位濃度略有下降，但是800℃退火后的薄膜內(nèi)出現(xiàn)了較大的空位團簇，可能是摻雜N原子與空位缺陷發(fā)生反應，形成了新的穩(wěn)定的復合缺陷，且氮氣中退火的薄膜因為部分N原子被激活而取代了O的格位形成No而被局域，導致參與形成復合缺陷的N原了減少，新的復合缺陷濃度相比較空氣氣氛下退火的薄膜有所減小。另外，空氣中退火能抑制O原