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P掺杂和In-P共掺p型ZnO薄膜的制备、性质和机理
摘要：
本文基于文献综述，介绍了P掺杂和In-P共掺p型ZnO薄膜的制备、性质和机理。通过控制P和In掺杂浓度以及退火条件，在ZnO薄膜中实现了p型掺杂，并通过多种表征手段对其电学、光学、物理性质进行了研究。同时，我们也讨论了制备p型ZnO薄膜的机理，包括掺杂浓度和能带边缘对载流子类型的影响、缺陷能级的影响等。最后，我们总结了p型ZnO薄膜的应用前景和未来发展方向。
关键词：P掺杂、In-P共掺、ZnO薄膜、p型掺杂、应用前景
引言
锌氧(ZnO)是一种广泛应用于多种领域的半导体材料，如太阳能电池、光电器件、激光器等。然而，通过传统的杂质掺杂方法很难控制ZnO材料的载流子类型，因此制备p型ZnO材料一直是研究重点之一。近年来，研究者们通过掺杂特定的杂质元素，成功地制备了p型ZnO材料。其中，P掺杂和In-P共掺是最为常见的方法之一。在本文中，我们将重点介绍P掺杂和In-P共掺p型ZnO薄膜的制备、性质和机理。
制备方法
P掺杂
P掺杂是最古老、最常见的制备p型ZnO薄膜的方法之一。通过将磷源（如三苯基膦酸或三甲基膦酸）引入ZnO薄膜的生长过程中，在ZnO薄膜中引入P离子，从而实现p型掺杂。根据文献报道，最优的P掺杂浓度通常在1017~1019cm-3之间。
In-P共掺
In-P共掺是同时掺杂铟和磷，实现p型ZnO薄膜的一种方法。文献报道中，掺杂浓度通常在1017~1019cm-3之间。In-P共掺比单独P掺杂更容易实现掺杂效果和稳定性。
ZnO薄膜生长
ZnO薄膜生长主要有两种方法：物理气相沉积(PhysicalVaporDeposition,PVD)和化学气相沉积(ChemicalVaporDeposition,CVD)。其中，磁控溅射法(MagnetronSputtering)是一种常用的PVD方法；而化学气相沉积中，化学气相沉积、气相传输(AtmosphericPressureChemicalVaporDeposition,APCVD)和金属有机气相沉积(MetalOrganicChemicalVaporDeposition,MOCVD)应用比较广泛。不同的生长方法对ZnO薄膜的性质有着不同的影响，需要根据需要进行选择。
性质研究
电学性质
P掺杂和In-P共掺p型ZnO薄膜的电学性质通常通过测量材料的霍尔系数、薄膜电阻率、载流子浓度和载流子迁移率等进行评价。
In-P共掺p型ZnO薄膜的激活率通常可以达到80％以上，相对应的霍尔载流子浓度最高可以达到2.2×1017cm-3。而P掺杂的激活率一般低于In-P共掺，霍尔载流子浓度则稍低于In-P共掺。
光学性质
光谱学技术可以用于评价p型ZnO薄膜的吸收、发射和吸收机制等等。通过化学溶解物质（ChromaticResidualAnalysis,CRA）技术，可以计算出带隙大小，从而进一步了解如何实现p型掺杂。
物理性质
电子结构和ZnO基体的点缺陷可以影响p型ZnO薄膜的物理性质，因此需要对其进行研究。
机理
掺杂浓度和能带边缘对载流子类型的影响
ZnO是一种n型半导体，这是由于ZnO能带带隙较大（3.37eV），因此只有在样品中加入一定浓度优先级高的电子外泄元素（如Al，Ga和In等）才能实现p型掺杂。同时，陷阱态与杂质浓度密切相关，过高或过低的掺杂浓度会对载流子的类型产生重要作用。
缺陷能级的影响
ZnO材料中的缺陷和缺陷能级也对载流子类型的种类产生重要影响。这是因为ZnO材料中存在大量的缺陷，特别是缺陷能级，它们会对载流子类型及其浓度造成重要影响。
应用前景
p型ZnO薄膜的制备对于实现基于ZnO材料的电子器件的多样化应用具有非常重要的意义。最近，p型ZnO材料已经应用于太阳能电池、光电器件和激光器等领域。此外，具有高载流子迁移率和高透明性的p型ZnO材料还有望在表面电化学催化反应和生物传感器等领域得到广泛应用。
未来发展方向
当前的研究主要集中在解决p型ZnO薄膜生长中的问题以实现更高质量的薄膜，并发展可控制备和可重复性良好的技术生产。在未来的研究中，我们需要关注更高效的p型ZnO薄膜的制备方法并开发基于p型ZnO薄膜的新型电子器件。
结论
P掺杂和In-P共掺是制备p型ZnO薄膜的两种主要方法，并通过多种表征手段对其电学、光学、物理性质进行了研究，并讨论了制备p型ZnO薄膜的机理。实现高质量p型ZnO薄膜生长和制备开发具有高效性能的基于p型ZnO薄膜的电子器件是未来研究的方向。对p型ZnO薄膜材料的深入了解将会促进其应用前景的进一步扩展。