P型透明導電氧化物薄膜的研究.pdf

1、透明導電氧化物(TCO)薄膜的p型摻雜是目前半導體材料領域研究熱點之一,光電性能良好的p型TCO薄膜的缺乏是透明電子器件難以制備的主要問題.Sn02薄膜是最早使用也是非常重要的一種透明導電材料,而Sb<,2>O<,5>薄膜則是一種潛在的寬禁帶透明導電氧化物材料,如果能制備出光電性能良好的p型SnO<,2>或p型Sb<,2>O<,5>薄膜,將為透明導電氧化物的p型摻雜開啟一個新的研究方向,對透明電子器件的制備具有重要的意義.p型TCO薄膜

2、的光電性能直接受材料本身的本征缺陷及摻雜元素的影響,只有從電子層次去了解本征缺陷及摻雜元素對TCO材料電子結構及電學性能的影響,才能為實驗提供最佳摻雜元素及實驗條件,最終獲得光電性能良好的p型TCO薄膜. 基于此,我們用第一原理方法研究了本征缺陷及摻雜元素對SnO<,2>及Sb<,2>O<,5>電子結構及電學性能的影響.計算結果表明氧空位缺陷是本征SnO<,2>呈n型導電的主要原因,是影響SnO<,2>的p型摻雜效果的主要因素.

3、在Al、Ga及In這三種雜質中,In在SnO<,2>中能夠形成最淺的受主能級,產生最高的空穴濃度.高含量的替代In在SnO<,2>中將誘發(fā)較大的晶格畸變,這將降低摻銦SnO<,2>薄膜的空穴遷移率,通過在SnO<,2>中共摻銦鎵能夠克服單摻銦在SnO<,2>中誘發(fā)的晶格畸變并提高空穴遷移率,最終提高p型SnO<,2>的導電率.在上述理論基礎上,我們用噴霧熱解法首先制備出了光電性能良好的p型摻銦SnO<,2>薄膜,其最高空穴濃度可達3.9

4、9×10<'18>Scm<'-3>,電導率為2.368×10<'-3>Ω<'-1>cm<'-1>,實驗中也發(fā)現(xiàn)摻銦SnO<,2>薄膜有低的空穴遷移率.我們制備的銦鎵共摻SnO<,2>薄膜的確能夠克服晶格畸變并提高空穴遷移率,最終獲得比單摻銦具有更高電導率的p型SnO<,2>薄膜,其最高電導率可達5.952Ω<'-1>cm<'-1>.此外我們對Sb<,2>O<,5>的第一原理計算結果表明,銻間隙缺陷是導致本征Sb<,2>O<,5>呈n型導