P型透明導(dǎo)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(dǎo)電氧化物(TCO)和傳統(tǒng)的半導(dǎo)體（比如Si、Ge和GaAs）相比，既能透過(guò)可見(jiàn)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(dǎo)體，而p型TCO的導(dǎo)電性能太低，這種不平衡的發(fā)展態(tài)勢(shì)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(duì)TCO材料的這種不平衡發(fā)展?fàn)顩r，本論文選取p型TCO代表性材料CuAlO2薄膜為主要研究對(duì)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(jiàn)光透過(guò)性能的前提下，重點(diǎn)通過(guò)調(diào)控薄膜取向獲取高的載流子遷移率，以及三價(jià)Al位的有效受主摻雜獲取高的載流子濃度兩個(gè)方面來(lái)提高薄膜的電導(dǎo)率，制備出高性能的p型TCO CuAlO2薄膜，取得的重要研究進(jìn)展如下：
　　 1.提出利用CuAlO2各向異性的電學(xué)特性，提高CuAlO2薄膜電導(dǎo)率的研究思路；結(jié)合薄膜的生長(zhǎng)理論，通過(guò)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(qiáng)，載流子的遷移率越高，薄膜電導(dǎo)率越大；通過(guò)調(diào)控其取向生長(zhǎng)，所獲薄膜的高遷移率可控，重復(fù)性較強(qiáng)；建立了(00l)取向薄膜的生長(zhǎng)模型，為以后高遷移率薄膜的制備奠定了理論和實(shí)驗(yàn)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(bǔ)償效應(yīng)——困擾CuAlO2受主摻雜的關(guān)鍵

4、問(wèn)題，制備高載流子濃度、高電導(dǎo)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(dǎo)率有數(shù)量級(jí)的提高，最高電導(dǎo)率為0.31Scm-1，比唯一報(bào)道利用受主N摻雜CuAlO2的電導(dǎo)率高一個(gè)數(shù)量級(jí)；較大離子半徑受主雜質(zhì)的摻入，對(duì)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(lái)對(duì)光子的吸收增加，可見(jiàn)光透過(guò)率下降；通過(guò)對(duì)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(duì)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(jià)陽(yáng)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(dǎo)率p型材料的新思路，制備了新的p型透明導(dǎo)電材料CuNdO2。研究結(jié)果表明：正的Hall系數(shù)和seebeck證實(shí)材料的p型導(dǎo)電類(lèi)型，對(duì)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(jì)算的結(jié)果表明，CuNdO2的價(jià)帶頂主要由O2p和Cu3d軌道耦合而成