P型銅鐵礦結構氧化物半導體CuCrO2的摻雜效應及性能研究.pdf

1、透明導電氧化物(TCO)具良好的電導率、較高的可見光透射率，被廣泛應用在太陽能電池、平板顯示、發(fā)光材料、催化劑、等光電器件方面。目前n型電子導電的TCO材料比較成熟，而p型TCO材料研究較少，只有提高p型TCO材料的性能，才能實現(xiàn)全透明半導體器件。因此本文采用溶膠凝膠法制備CuCrO2粉末，在制備溶膠凝膠過程中摻入雜質(zhì)元素(Mg、 Zn、Ca)。煅燒生成摻雜粉末，并壓制形成陶瓷塊體。通過X射線衍射儀、掃描電子顯微鏡、EDS、紫外可見分光

2、光度計、半導體性能測試儀等分析樣品的結構、微觀形貌及光電性能等。主要研究結果:
　　 1).溶膠凝膠粉體只有在等于或高于750℃煅燒7h得到具有3R銅鐵礦結構CuCrO2相。在煅燒溫度為750℃時，隨著煅燒時間由3小時增加到7小時，晶體顆粒大小變得均勻，顆粒尺寸由200nm增大到4.5um左右。隨著煅燒溫度的升高，CuCrO2粉末樣品帶隙寬度逐漸展寬，其光學帶隙寬度為3.22eV左右。
　　 2).對CuCrO2粉末進行

3、壓制生成壓坯。隨著壓強的增加，壓坯密度明顯增加，再經(jīng)高溫燒結，得到的陶瓷樣品致密度明顯增大，電導率也增大。當壓制壓強為600MPa時，燒結前后密度相差最大。燒結前密度為3.95g/cm3，而燒結后密度達到4.89g/cm3，與CuCrO2理論密度相對比，得出致密度為89.1％。隨著壓強增加，CuCrO2陶瓷樣品電導率逐漸增大，在550MPa時，電導率最大為3.6×10-3S/cm。
　　 3).溶膠凝膠法制備CuCrO2粉末過程

4、中，摻入少量二價元素Mg，Zn，Ca替代CuCrO2品格結構中的Cr位。少量摻雜的情況下，其晶格結構仍保持3R銅鐵礦結構，當摻入過量的雜質(zhì)元素時，產(chǎn)生其他雜質(zhì)，如CuO，CaCr2O4，ZnCr2O4等。
　　 4).對CuCr1-xMxO2(M=Mg，Ca，Zn)粉末樣品，隨著摻雜量的增加，在可見光區(qū)，樣品粉末對紫外光的吸收強度都逐漸增加，帶隙寬度逐漸變窄。平均帶隙寬度分別為3.03eV，3.01eV，3.09eV，比未摻雜的

5、CuCrO2粉末帶隙寬度有所減小。隨著摻雜量的增加，CuCr1-xMxO2(M=Mg，Ca，Zn)陶瓷樣品電導率先增大后減小。當Mg摻雜量x=0.03時，電導率達到最大為18.9S/cm。
　　 5).Zn，Ni分別與Mg共摻雜生成CuCrMgNO2(N=Zn，Ni)粉末樣品，不改變原有的3R銅鐵礦結構。其中CuCr0.97Mg0.01Zn0.02O2陶瓷樣品的電導率為20.2S/cm，比單獨摻雜Mg元素的陶瓷樣品電導率略大。<