P型透明導電氧化物CuAlO-,2-系薄膜的取向調(diào)制及摻雜改性研究.pdf

1、透明導電氧化物(TCO)和傳統(tǒng)的半導體（比如Si、Ge和GaAs）相比，既能透過可見光又能吸收紫外光，并將紫外光轉(zhuǎn)換成電能，被廣泛應(yīng)用于很多產(chǎn)業(yè)中，比如紫外發(fā)光二極管、功能窗口等。但是，能滿足工業(yè)應(yīng)用的TCO大多是n型半導體，而p型TCO的導電性能太低，這種不平衡的發(fā)展態(tài)勢是阻礙透明pn結(jié)或透明器件具有更重要應(yīng)用的主要壁壘。針對TCO材料的這種不平衡發(fā)展狀況，本論文選取p型TCO代表性材料CuAlO2薄膜為主要研究對象，以較低成本、更宜

2、與微電子工業(yè)生產(chǎn)接軌的磁控濺射技術(shù)，在石英襯底上沉積p型TCO CuAlO2薄膜，在兼顧可見光透過性能的前提下，重點通過調(diào)控薄膜取向獲取高的載流子遷移率，以及三價Al位的有效受主摻雜獲取高的載流子濃度兩個方面來提高薄膜的電導率，制備出高性能的p型TCO CuAlO2薄膜，取得的重要研究進展如下：
　　 1.提出利用CuAlO2各向異性的電學特性，提高CuAlO2薄膜電導率的研究思路；結(jié)合薄膜的生長理論，通過控制濺射離子的平均自由

3、程和薄膜的形核密度，制備出(00l)擇優(yōu)取向的CuAlO2薄膜。研究結(jié)果表明：薄膜的取向調(diào)節(jié)是控制載流子遷移率的關(guān)鍵性因素，(00l)取向越強，載流子的遷移率越高，薄膜電導率越大；通過調(diào)控其取向生長，所獲薄膜的高遷移率可控，重復性較強；建立了(00l)取向薄膜的生長模型，為以后高遷移率薄膜的制備奠定了理論和實驗基礎(chǔ)。
　　 2.發(fā)展了間隙O和金屬離子的雙受主摻雜技術(shù)，解決了O空位施主的自補償效應(yīng)——困擾CuAlO2受主摻雜的關(guān)鍵

4、問題，制備高載流子濃度、高電導率的CuAlO2摻雜薄膜。具體的研究結(jié)果表明：受主雜質(zhì)的摻入可以有效提高薄膜內(nèi)載流子濃度，使電導率有數(shù)量級的提高，最高電導率為0.31Scm-1，比唯一報道利用受主N摻雜CuAlO2的電導率高一個數(shù)量級；較大離子半徑受主雜質(zhì)的摻入，對于薄膜晶格的完整性有一定程度的破壞，以及載流子濃度的提升均造成載流子散射的增加，遷移率略有下降；載流子濃度的上升，帶來對光子的吸收增加，可見光透過率下降；通過對摻雜薄膜品質(zhì)因數(shù)

5、的擬合結(jié)果可知，摻雜有效提高了薄膜的綜合性能。
　　 3.針對銅鐵礦結(jié)構(gòu)，基于CMVB理論，選擇具有較大離子半徑的三價陽離子，為產(chǎn)生富余O受主提供有利環(huán)境，探索出一種制備高電導率p型材料的新思路，制備了新的p型透明導電材料CuNdO2。研究結(jié)果表明：正的Hall系數(shù)和seebeck證實材料的p型導電類型，對應(yīng)于EDS的結(jié)果可知，空穴的產(chǎn)生根源源于間隙氧；DOS計算的結(jié)果表明，CuNdO2的價帶頂主要由O2p和Cu3d軌道耦合而成