CuAlO2靶材與薄膜的制備及性能研究.pdf

1、CuAlO2是一種三元化合物半導(dǎo)體，在可見光范圍內(nèi)具有較高的透過率，直接光學(xué)帶隙能為3.45eV，間接帶隙能為1.8eV，是最早發(fā)現(xiàn)的具有銅鐵礦結(jié)構(gòu)、不摻雜就呈現(xiàn)p型導(dǎo)電性的化合物半導(dǎo)體。目前p型透明導(dǎo)電氧化物與廣泛應(yīng)用的n型氧化物相比導(dǎo)電性不夠好，而且研究較少，仍無法滿足實(shí)際應(yīng)用需要。而CuAlO2作為一種p型透明導(dǎo)電薄膜在光電領(lǐng)域顯示出了非常廣闊的前景，可以應(yīng)用于臭氧傳感器、薄膜太陽能電池等多種光電器件。如果CuAlO2的p型性能研

2、究取得突破性進(jìn)展，那么將會為全透明p-n結(jié)電路的構(gòu)造提供可能，推動透明氧化物半導(dǎo)體的進(jìn)步。
　　本文以分析純的Al2O3和Cu2O為原料，采用高溫固相法制備CuAlO2陶瓷靶材，通過XRD、致密度及電導(dǎo)率等測試方法對其進(jìn)行表征，研究燒結(jié)溫度對靶材的影響，發(fā)現(xiàn)在1200℃時可以獲得純相的CuAlO2陶瓷靶材，并且靶材致密度達(dá)92％，電阻率為103Ω·cm，并在該工藝的基礎(chǔ)上制備得到了3％Zn摻雜的CuAlO2陶瓷靶材。
　　隨

3、后以制備的靶材為基礎(chǔ)，采用脈沖激光沉積技術(shù)沉積得到了Cu-Al-O薄膜，通過退火處理成功得到CuAlO2薄膜。采用XRD、SEM、UV等手段研究襯底、襯底溫度、生長壓強(qiáng)、沉積時間等因素對薄膜結(jié)構(gòu)和性能的影響，獲得了脈沖激光沉積法制備CuAlO2薄膜的最佳工藝參數(shù):c-面藍(lán)寶石襯底、500℃、1.0Pa、60min或30min。
　　對最優(yōu)參數(shù)下生長的薄膜的進(jìn)行了光致發(fā)光研究，發(fā)現(xiàn)采用PLD方法沉積的薄膜帶邊發(fā)射峰位于360nm，對

4、應(yīng)的禁帶寬度為3.44eV，并且在465nm處存在一個由銅空位引起的缺陷峰，結(jié)合我們之前的研究工作認(rèn)為CuAlO2薄膜的p型來源為銅空位。隨后研究了Zn摻雜對CuAlO2薄膜光電性能的影響，發(fā)現(xiàn)Zn的摻入對Cu-O鍵的拉曼振動沒有影響，但是會提高薄膜表面粗糙度，略微降低薄膜的光學(xué)透過率，同時會略微提高薄膜的電學(xué)性能。
　　最后，我們采用溶膠凝膠法分別制備了CuAlO2和Zn摻雜的CuAlO2粉末，并對其進(jìn)行了光催化測試，發(fā)現(xiàn)CuA