摻雜SnO-,2-薄膜的制備及研究.pdf

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行不同溫度的退火。對樣品進行了XRD、掃描電子顯微鏡(SEM)、霍