[发明专利]氧化锌晶界老化迁移离子鉴别方法

说明书

一种氧化锌晶界老化迁移离子鉴别方法,将Bi系准双晶样品进行老化实验，并采用C‑V法进行测量，获得样品于电气老化过程中的双肖特基势垒参数变化，将该参数变化作为仿真参数与预测的晶界老化特性进行对比，进行本证迁移离子缺陷鉴别。其有益效果是：在晶界老化过程仿真计算中沿用了无限薄晶间层的模型，并对刘俊等人的工作进行了相应的改进，尤其是对参数的选择进行了优化。

技术领域

本发明涉及氧化锌晶界结构研究领域，特别是一种氧化锌晶界老化迁移离子鉴别方法。

背景技术

刘俊等曾提出了一种描述单晶界老化过程的仿真算法，该算法的核心在于对电场作用下双肖特基势垒区域离子的迁移、中和行为导致势垒高度降低过程的刻画。在刘俊等人的工作中，为了建模的简便，将晶界结构中具有一定厚度的晶间层抽象为无限薄。

缺陷离子为了完成一次跃迁过程，即从一处半稳定位置运动至相邻半稳定位置，需要克服一个高度为U₀的能量势垒。这种缺陷离子的跃迁过程的持续进行造成的离子的扩散即构成了离子“迁移”过程。此处必须指出，缺陷离子完成一次特定方向的跃迁的具体方式多种多样，如可与相邻的晶格原子发生交换或沿间隙路径运动等^[76]，但无论如何，缺陷总是会选择所需能量最低的方式完成迁移，此外离子沿不同方向跃迁时的最低迁移势垒亦可不同。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述问题，设计了一种氧化锌晶界老化迁移离子鉴别方法。具体设计方案为：

一种氧化锌晶界老化迁移离子鉴别方法,将Bi系准双晶样品进行老化实验，并采用C-V法进行测量，获得样品于电气老化过程中的双肖特基势垒参数变化，将该参数变化作为仿真参数与预测的晶界老化特性进行对比，进行本证迁移离子缺陷鉴别，具体的鉴别步骤为，对应于制备的[0001]Bi系准双晶样品，施加的直流电场垂直于晶界平面且平行于[0001]轴，因此耗尽层中的施主离子在电场作用下宏观上亦会沿着[0001]方向向晶界界面迁移，故晶界老化过程仿真中缺陷离子的振动频率取值为A1-纵向光学(A1-LO)对称频率，这是由于A1-LO 对称频率与平行于[0001]方向的晶格振动相关，对单体缺陷Zni与VO、复合型缺陷VO-Zni进行鉴别。

所述老化实验中，将Bi系准双晶样品使用+3V直流偏置进行老化实验，环境温度保持为320K，老化时间每隔24小时。

所述双肖特基势垒参数变化包括耗尽层施主浓度、界面态密度、双肖特基势垒高度的参数化。

鉴别过程中，选择待鉴别的缺陷的相应价态为Zn_i¹⁺、V_O⁰与V_O⁰-Zn_i²⁺，这是由于选择的价态相对于其他价态的情况具有更低缺陷形成能或更稳定，如晶界系统的Fermi能级一般认为位于距导带底0.067eV处， Vidya等预测Zn_i缺陷的(1+/0)与(2+/1+)热力学跃迁能级位于距导带底0.05eV与0.16eV处，因此在氧化锌压敏电阻材料中Zn_i¹⁺为稳定价态；而V_O缺陷为深能级施主，(2+/0)热力学跃迁能级位于距导带底约1eV处，因此为中性价态。而仿真中特别考虑复合型缺陷V_O⁰-Zn_i²⁺，是因为有研究报道该复合型缺陷可作为氧化锌单晶的n型电导来源，且复合型缺陷内部的电子键键值为0.52eV，根据过渡态理论，该电子键可以有效稳定单体Zn_i离子。