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文檔簡介
1、透明導(dǎo)電氧化物(TCOs)薄膜由于其寬帶隙、高電導(dǎo)率、可見光范圍內(nèi)極高的透過率以及紅外波段高的反射率等特性,被廣泛應(yīng)用于各種光電器件,如太陽能電池、熱鏡、表面聲波器件和液晶顯示器的透明導(dǎo)電電極等。由于本征施主型缺陷的存在,如間隙金屬原子、氧空位以及反位原子等,未人為摻雜的TCO大多為n型半導(dǎo)體。眾所周知,pn結(jié)是大部分半導(dǎo)體器件的核心部件,p型TCO的缺失大大制約了透明導(dǎo)電氧化物的應(yīng)用,因此p型TCO的制備成為了當(dāng)今半導(dǎo)體方面研究的熱點
2、。如果能開發(fā)出p型導(dǎo)電的TCO,將會在白光LED、紫外LED、CMOS低功耗電路等小型高性能元器件和大面積LED、透明太陽能電池、紅外線反射玻璃等大面積元器件上取得突破性進(jìn)展。
氧化錫(Sn02)是一種直接帶隙寬禁帶半導(dǎo)體材料,跟其他材料相比,具有禁帶寬度大、激子束縛能高,常溫下分別為3.6-4.0eV和130meV(ZnO分別為-3.3eV和60meV)、制備溫度低、化學(xué)穩(wěn)定性好等顯著優(yōu)點,有關(guān)Sn02基薄膜的制備及性能
3、的研究,已成為透明導(dǎo)電薄膜材料和傳感器材料等研究領(lǐng)域中一個很重要的部分,在近幾年得到了迅猛的發(fā)展。三價材料的摻雜在理論上可以實現(xiàn)Sn02導(dǎo)電類型的轉(zhuǎn)換。目前,采用金屬有機化學(xué)氣相沉積(MOCVD)方法制備摻鎵氧化錫和鎵氮共摻氧化錫薄膜的研究尚未見諸報道。本文中,我們使用MOCVD方法制備了III族鎵元素單一摻雜以及III族和V族元素(鎵氮)共摻的Sn02薄膜,并詳細(xì)研究了摻雜對薄膜結(jié)構(gòu)以及光電性質(zhì)的影響。
本論文的研究工作
4、及結(jié)果如下:
1.采用MOCVD方法,以高純(C2Hs)4Sn為錫源,(CH3)3Ga為鎵源,高純02為氧化劑,高純N2為載氣,在400-600℃的藍(lán)寶石(0001)襯底上制備了同一濃度摻雜的Sn02:Ga薄膜。X射線衍射(XRD)測試結(jié)果顯示,在500℃條件下生長薄膜最易得到單晶結(jié)構(gòu)。隨后,在500℃生長溫度下,制備了一系列摻雜濃度不同的Sn02:Ga薄膜,摻雜濃度從3%到15%。對制備的樣品的結(jié)構(gòu)、光學(xué)和電學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了
5、研究。XRD測試結(jié)果表明,制備的所有薄膜均為Sn02四方金紅石結(jié)構(gòu),且具有沿a軸的高度擇優(yōu)取向性。在200-900nm波長范圍內(nèi)測試了樣品的光學(xué)透射譜,薄膜透過率均大于85%。根據(jù)(ahv)2-hv曲線可以得出其光學(xué)帶隙Eg,且Eg隨摻雜濃度的不同而發(fā)生變化。對摻雜3%和15%的薄膜,詳細(xì)研究了其光致發(fā)光PL譜,得出了Ga處于間隙位置充當(dāng)施主和取代Sn格點充當(dāng)受主時的能級位置,分別位于導(dǎo)帶底下0.12 eV和價帶頂上0.25eV處。摻雜
6、會對薄膜的結(jié)構(gòu)及結(jié)晶質(zhì)量產(chǎn)生影響,從而導(dǎo)致其電學(xué)性質(zhì)隨摻雜濃度發(fā)生變化。同時我們還研究了空氣中不同溫度退火對薄膜性質(zhì)造成的影響。
2.采用MOCVD方法,在500℃的藍(lán)寶石(000l)襯底上制備了鎵氮共摻的Sn02薄膜。同上,以高純(C2Hs)4Sn為錫源,(CH3)3Ga為鎵源,高純02為氧化劑,高純N2為載氣,氮由高純NH3來提供。對制得的樣品在氮氣中進(jìn)行不同溫度的退火。對樣品進(jìn)行了XRD、掃描電子顯微鏡(SEM)、霍
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