新型透明導(dǎo)電氧化物薄膜的研究.pdf

1、本文采用直流磁控反應(yīng)濺射金屬鑲嵌靶In／Mo和In／W制備高價(jià)態(tài)差摻鉬氧化銦(In203：Mo，IMO)和摻鎢氧化銦(In203：W，IWO)透明導(dǎo)電薄膜，詳細(xì)研究了氧分量、濺射電流、沉積溫度等工藝參數(shù)對(duì)IMO和IWO薄膜電學(xué)和光學(xué)性能的影響：利用XRD，AFM，XPS等分析手段對(duì)薄膜進(jìn)行表征；也采用渠道火化燒蝕技術(shù)沉積了IMO薄膜。本文還在未加熱襯底上沉積IMO薄膜，探索室溫沉積IMO薄膜的工藝條件。首次采用鉑鎢共摻調(diào)制透明導(dǎo)電IWO

2、薄膜的表面功函數(shù)，采用UPS表征樣品的表面功函數(shù)的變化，利用XRD、XPS、AFM等分析表征鉑鎢共摻后IWO薄膜的結(jié)構(gòu)、化學(xué)價(jià)態(tài)以及表面粗糙度等的變化。為了理解高價(jià)態(tài)元素(Mo或W)摻雜與傳統(tǒng)的Sn摻雜In203的差別，首次采用基于密度泛函理論的第一性原理計(jì)算方法，計(jì)算了Mo和W摻雜的In203體系的電子結(jié)構(gòu)及其能帶結(jié)構(gòu)，分析摻雜原子對(duì)導(dǎo)帶底部態(tài)密度的影響，揭示載流子的產(chǎn)生機(jī)理。同時(shí)也采用固態(tài)反應(yīng)法制備p型SrCu202、CuAl02和

3、CuFe02陶瓷，并用渠道火化燒蝕技術(shù)制備了p型SrCu202、CuAl02和CuFe02薄膜，采用XRD，AFM分析其結(jié)構(gòu)和表面形貌。研究結(jié)果表明： 反應(yīng)直流磁控濺射技術(shù)和渠道火花燒蝕技術(shù)制備的IMO透明導(dǎo)電薄膜均為多晶的方鐵錳礦結(jié)構(gòu)；他們的結(jié)晶性均比反應(yīng)熱蒸發(fā)的結(jié)晶性好。直流磁控濺射制備的IMO薄膜的最低電阻率為3．7x10～ohm．cm，載流子遷移率最高為50cm2V-ls-‘；CSA制備的IMO最低電阻率達(dá)到4．8x10

4、～ohm．cm，載流子遷移率最高為49．6cm2V-!s～。IMO薄膜在可見光區(qū)平均透射率大于80％。 首次開發(fā)了新型高遷移率IWO薄膜；IWO薄膜的最佳電阻率為2．7x10-4ohm．cm，最高載流子遷移率為57cm2V-Is～；其可見光透射率大于80％，有效直接光學(xué)帶隙大于3．9eV，電子載流子的約化有效質(zhì)量mVC*．為0．54me。摻入w后薄膜遷移率均大于未摻雜的In203薄膜的遷移率。 在IWO薄膜中，W原子替代

5、了111203晶格中的In原子的位置，沒有形成新的化合物，也沒有改變In203的方鐵錳礦晶格結(jié)構(gòu)。在低的濺射電流沉積的IWO中W以W6+形式存在；而在高的濺射電流沉積IWO中W以W6+和w4+共存。IWO薄膜中的結(jié)晶最佳取向?yàn)?222)或(400)，兩者的相對(duì)強(qiáng)弱與氧分壓、摻雜含量、襯底溫度、濺射電流以及工作壓強(qiáng)等工藝參數(shù)密切相關(guān)。 直流反應(yīng)磁控濺射室溫制備的IMO薄膜是非晶態(tài)結(jié)構(gòu)組織，薄膜的表面平整光滑。室溫沉積的IMO薄膜的

6、光電性能對(duì)沉積過程的氧分壓非常敏感。最佳的電阻率低至5．9x10～ohm．cm，載流子遷移率為20．2cm2V-1s～：其可見光透射率大于80％。 首次通過共摻在IWO薄膜上生長一層10nmIn203：Pt，W表面修飾層后，薄膜的表面功函數(shù)增加到5．5eV，表面功函數(shù)增加了0．8eV，能夠與有機(jī)發(fā)光器件的空穴輸運(yùn)層的HOMO相匹配。調(diào)制前、后的IWO薄膜表面粗糙度基本沒有變化。Pt在調(diào)制層中以pt2+和pt~存在。In203：P

7、t,W／IWO薄膜的可見光平均透射率大于80％，其有效光學(xué)禁帶寬度為3．97eV。 計(jì)算結(jié)果說明，未摻雜的In203的價(jià)帶頂主要源于O的2p態(tài)的貢獻(xiàn)，導(dǎo)帶底主要源于In的5s態(tài)的貢獻(xiàn)；摻雜對(duì)價(jià)帶項(xiàng)沒有顯著影響，而對(duì)導(dǎo)帶底有著較大的影響，In203：Sn的導(dǎo)帶底主要源于Sn和In的5s態(tài)的貢獻(xiàn)，IWO和IMO的導(dǎo)帶底分別主要源于摻雜原子W的5d態(tài)和Mo的4d態(tài)的貢獻(xiàn)；要獲得相同的載流子濃度，摻雜W和Mo的濃度可遠(yuǎn)小于Sn的濃度；能