《p型透明导电氧化物CuAlO2薄膜的制备与性能研究》由会员分享，可在线阅读，更多相关《p型透明导电氧化物CuAlO2薄膜的制备与性能研究（119页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、兰州大学博士学位论文p型透明导电氧化物CuAlO薄膜的制备与性能研究姓名：兰伟申请学位级别：博士专业：凝聚态物理指导教师：王印月;严辉20070501兰州夫学理学博I 。学1 吐论文同时，对C u A l 0 2 薄膜的结构也造成了一定程度的影响。通过使用X R D 、R f l m f l n和A F M 等手段详细研究了不同氧分压C u A l 0 2 薄膜在经退火处理之后的结构和微结构变化。发现2 0 氧分压C m A l 0 2 薄膜表现出了最佳的结构特性。由于富氧原子处入C u A l 0 2 品格间隙位加剧了沿c 轴方向负热膨胀行为而造成较大的内应力，薄膜在释放内应力的同时导致薄膜
2、表面出现一些微观空洞，而且随着氧分压的增加微观空洞逐渐增多变大变深，最终在6 0 氧分压时致使薄膜成为非晶态。4 实现了n 型低阻s i 衬底上制备P 型C u A l 0 2 薄膜而构成的突变异质结。在A g S i A g 和A g C u A l 0 2 A g0 量I - V 特性均显示线形变化的基础上，检测发现p - C u A l 0 2 n S i 异质结具有较好的整流特性，开启电压为0 5 V 左右。由于S i 的载流子浓度高I C u A l 0 23 4 个数量级，按照P r l + 单边突变结理论对该异质结进行了计算拟合，发现界面态效应和串联电阻效应是影响该异质结整流特性
3、的重要因素，并且拟合得到串联电阻为1 3 Q 。5 鉴于N 元素在P 型T C O 薄膜中所起到的受主杂质作用，采用半导体掺杂技术成功实现了对C u A l 0 2 薄膜的受主N 掺杂。以N 2 0 气体为N 源，按不同流量比混入溅射气体中制备N 掺杂C u A l 0 2 薄膜。A E S 检测发现C u A l 0 2 薄膜中C u 、A I 原子比符合化学计量比，当N 2 0 流量比为1 5 时，薄膜中的N 原子含量基本饱和，达到C u A l 0 2 化学计量比中O 原子的5 9 a t 左右。N 掺杂C u A l 0 2 薄膜的最小电阻率为1 0 0 c m ，最大载流子浓度为1
4、0 1 6 e m - 3 ，与未掺杂薄膜相比分别降低和提高了一个数量级。掺杂C u A l 0 2 薄膜光学透明度基本上未发生变化，在可见光范围内透过率介于6 0 7 0 之间，对近红外光透过率最高超过8 5 ，而掺杂样品的光学吸收边与未掺杂相比出现了蓝移，可能与掺杂产生空穴载流子造成的B u r s t e i n M o s s 效应有关。关键词：P 型透明导电氧化物；C u A l 0 2 薄膜；溅射法；薄膜结构；光学和电学特性I IA B S T R A C TB a s e du p o nt h et h e o r yo f t h ec h e m i c a lm o d
5、u l a t i o no ft h ev a l e n c eb a n d ，C u A l 0 2w a sf i r s t l yd i s c o v e r e da sap - t y p et r a n s p a r e n tc o n d u c t i n go x i d e ( T C O ) ，w h i c hh a st h ee s p e c i a lo p t i c a la n de l e c t r i c a lp r o p e r t i e s T h ed i s c o v e r yo fp - t y p eT C Om
6、 a d ep o s s i b l et h ef a b r i c a t i o no ft r a n s p a r e n to x i d eo p t o e l e c t r o r t i ed e v i c e ss u c ha st r a n s p a r e n tp - n j u n c t i o nd i o d e sa n dt r a n s i s t o r su s i n ga na p p r o p r i a t ec o m b i n a t i o no f p -a n dn - t y p eT C Of i l m
7、 s ，w h i c ha l s ol e dT C Om a t e r i a lt ot h ef r o n t i e ro ft r a n s p a r e n to x i d es e m i c o n d u c t o r ( T O S ) H o w e v e r ，t h ep r e p a r a t i o no fC u A l 0 2f i l mw i t l le x c e l l e n tp r o p e r t i e sa l w a y si sav e r yd i f f i c u l tc a s e u pt on o
8、 w , s e v e r a lt e c h n i q u e s s u c ha sp u l s el a s e rd e p o s i t i o n , p l a s m ae n h a n c e dc h e m i c a lv a p o rd e p o s i t i o na n ds p u t t e r i n g ，h a v eb e e nu s e dt os y n t h e s i z eC u A l 0 2f i l m s ，w h i c ha l ev e r yd i f f e r e n to nt h es t r
9、u e t u r ea n do p t i c a l e l e c t r i c a lp r o p e r t i e s C o n s i d e r i n gi s s u e sa b o u tt h ep r e s e n td e v e l o p i n gs t a t eo fC u A l 0 2f i l ma n dt h es u p e r i o r i t yo fs p u t t e r i n gi nt h ei n d u s t r i a l i z a t i o n , t h ed i s s e r t a t i o
10、 ni sa i m e da tf a b r i c a t i n gh i g h - q u a l i t yp - t y p eC u A l 0 2f i l m so nq u a r t zg l a s sa n dS is u b s t r a t e su s i n gf fm a g n e t r o ns p u t t e r i n g , t h em a i nr e s e a r c hp r o c e s s e sa c h i e v e dh a v eb e e ns u m m e du pa sf o l l o w i n g
11、 ：1 T h eo p t i m i z e dp a r a m e t e r sh a v eb e e no b t a i n e ds u c c e s s f u l l yt od e p o s i tC u - A I - Of i l m sO nq u a r t zg l a s sa n dS is u b s t r a t e s T h ed e t e r m i n a t i o no fc h e m i c a lc o m p o s i t i o na n dv a l e n c eh a sb e e ns o l v e d C u
12、 A l 0 2p h a s ei sf o u n dt h ed o m i n a t o ri nC u - A l 一0f i l m sa n dal i t t l eC u 2 0a l s oe x i t s T h et r a n s m i t t a n c eo fC u - A I - Of i l mw i t ht h et h i c k n e s sa r o u n d3 0 0m ni sa b o u t6 0 - - 7 0 i nt h ev i s i b l el i g h tr a n g e T h ed i r e c ta n
13、 di n d i r e c tb a n dg a p so ft h ef i l m sa r ee s t i m a t e db yt h el i n e a rf i t t i n ga r o u n d3 5 2a n d1 8 3e V ,r e s p e c t i v e l y T h em i n i m a lr e s i s t i v i t yo fC u - A 1 - Of i l mi s2 2 x 1 0 2Q c ma tl o o mt e m p e r a t u r e T e m p e r a t u r ed e p e n
14、 d e n c eo ft h ec o n d u c t i v i t yi si na c c o r dw i t ht h eA r r h e n i u sr u l e ，i n d i c a t i n gt h a tt h ef i l mi so fs e m i c o n d u c t i n gt h e r m a l a c t i v a t i o nt y p ei nt h en e a rr o o mt e m p e r a t u r er a n g e 2 A c t i v e l y u t i l i z e d t h ea
15、 n i s o t r o p i c c o n d u c t i v i t y p r o p e r t y ( 吒) o f C u A l 0 2 ，t h ed e c r e a s eo ft h er e s i s i t i v i t ya r o u n dt h r e eo r d e r so fm a g n i t u d ef o rC u A l 0 2f i l mi sI I I兰州夫学理学博f 。学化论叟r e a l i z e db yt h eo p t i m i z e da n n e a l i n gt e c h n i q
16、 u e ( i nN 2a m b i e n ta t9 0 0o Cf o r5h ) F o rt h ea n n e a l e dC u A l 0 2f i l m t h et r a n s m i t t a n c ei sa r o u n d6 0 i nt h ev i s i b l el i g h tr a n g ea n da b o v e8 0 i nt h ei l e a l “ i n f r a r e dl i g h t I ti sf o u n dt h a tt h e r ea r ef o u rd i r e c tb a n dg a p sa r o u n d - 3 0 0 ，- 3 15 ，3 5 0a n d 3 7 5 e v ，r e s p e c t i v e l y , e s t i m a t e df r o mt h et r a n s m i t t a n c
