F摻雜SnO2薄膜的電子輸運(yùn)性質(zhì)研究.pdf

1、F摻雜的SnO2（FTO）薄膜具有高的可見(jiàn)光透過(guò)率和優(yōu)良的導(dǎo)電性，在太陽(yáng)能電池以及平面液晶顯示等諸多領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。多年來(lái)，人們分別從實(shí)驗(yàn)上和理論上對(duì)FTO展開(kāi)了大量的研究工作。關(guān)于FTO薄膜高導(dǎo)電性和光學(xué)透過(guò)性起源的研究，主要是基于能帶結(jié)構(gòu)的計(jì)算，電子能帶結(jié)構(gòu)對(duì)材料的電輸運(yùn)特性至關(guān)重要。通過(guò)對(duì)FTO能帶結(jié)構(gòu)的計(jì)算，人們發(fā)現(xiàn)這類材料具有類自由電子的特性，而目前的實(shí)驗(yàn)研究，主要集中在改善制備條件，得到高質(zhì)量的FTO薄膜上，對(duì)其電輸

2、運(yùn)機(jī)制缺乏系統(tǒng)有效的研究。另外，材料的性能在很大程度上取決于其結(jié)構(gòu)，對(duì)透明導(dǎo)電氧化物薄膜進(jìn)行退火處理可能會(huì)使薄膜的結(jié)構(gòu)形態(tài)發(fā)生改變，從而導(dǎo)致其性能發(fā)生變化。
　　本論文對(duì)FTO薄膜的電輸運(yùn)性質(zhì)進(jìn)行了系統(tǒng)研究。在300至50 K的溫度范圍，樣品的電阻率溫度關(guān)系服從布洛赫-格林艾森公式，載流子濃度的大小與溫度無(wú)關(guān)，證明了FTO薄膜具有金屬導(dǎo)電特性。在300至10 K的溫度范圍，只觀察到了與溫度呈現(xiàn)線性關(guān)系的擴(kuò)散熱電勢(shì)，而沒(méi)有發(fā)現(xiàn)聲子曳

3、引熱電勢(shì)，經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)這源于FTO中長(zhǎng)的電子-聲子散射時(shí)間?ep。通過(guò)對(duì)電阻率和熱電勢(shì)的分析，我們從實(shí)驗(yàn)上證明了FTO薄膜具有類自由電子導(dǎo)電特性，服從玻爾茲曼輸運(yùn)方程。在50 K以下，樣品的電阻率隨溫度的減小出現(xiàn)小幅上升，這是由低溫量子效應(yīng)（弱局域效應(yīng)和電子-電子相互作用）所引起的。應(yīng)用弱局域理論對(duì)磁電阻進(jìn)行分析，得到了退相干散射率與溫度的關(guān)系，經(jīng)過(guò)與理論進(jìn)行定量比較，我們發(fā)現(xiàn)電子-電子散射主導(dǎo)著低溫的退相干機(jī)制。上述結(jié)果使得我們成功驗(yàn)證

4、了三維無(wú)序系統(tǒng)中的電子-電子散射理論。在一般的三維無(wú)序金屬中，載流子濃度較高，這使得電子-聲子散射率遠(yuǎn)大于電子-電子散射率。而FTO薄膜的載流子濃度比一般金屬中的低2~3個(gè)量級(jí)，這使得FTO中的電子-電子散射率大幅提高而占主據(jù)導(dǎo)地位，因而給我們提供了檢驗(yàn)三維無(wú)序?qū)w中電子-電子散射理論的機(jī)會(huì)。
　　通過(guò)研究熱處理對(duì)透明導(dǎo)電氧化物薄膜性質(zhì)的影響，我們發(fā)現(xiàn) FTO薄膜具有優(yōu)良的熱學(xué)穩(wěn)定性，適當(dāng)條件的熱處理可以有效改善其結(jié)構(gòu)，提高光學(xué)和