【摘要】：透明導電氧化物(TCO)材料由于可以同時具有很高的電導率和從可見光到近紅外波段的透光性得到廣泛的應用。近年來由于光伏器件和顯示屏等方面的快速發(fā)展,傳統(tǒng)的透明導電氧化物材料已經不能滿足需求。相比于傳統(tǒng)的TCO材料,CdO薄膜有更高的電導率(1×104S/cm)和遷移率(100cm~2/Vs),而且載流子濃度大于10~(21)/cm~3。但是CdO薄膜的本征帶隙只有2.2eV,這一特性嚴重限制了 CdO薄膜的在紫外波段的透光性。為了解決這個問題,可以將金屬元素摻雜入CdO薄膜中,通過Burstein-Moss效應來調整其帶隙的大小。我們首先通過射頻濺射法制備了 Y摻雜的CdO薄膜,并對不同Y摻雜濃度的薄膜性能以及快速退火對薄膜性能的影響進行了研究。我們還制備了 In和Y共摻雜的CdO薄膜,對其性能和退火對共摻雜薄膜的影響進行了研究。通過射頻濺射法制備的Y摻雜CdO薄膜都是立方巖鹽CdO相,Y在CdO晶格中取代Cd離子的位點,提供一個自由電子給導帶,使薄膜的載流子濃度上升。薄膜在可見光及近紅外區(qū)域的平均透過率在75%-95%,摻雜濃度9%的薄膜光學帶隙3.09eV,本征帶隙增加了 0.4eV。9%摻雜的薄膜載流子濃度下降是由于Y有原子態(tài)Y和Y3+兩種存在形式,薄膜遷移率快速下降主要是Y的局域d態(tài)與CdO的導帶之間的反鍵相互作用所導致。退火后載流子濃度快速增加,電阻率降低。1.4%摻雜的薄膜在500℃退火后,有122cm~2/Ns的高遷移率和1.5×10~(-4)Ω·cm的低電阻率。在退火過程中薄膜平均晶粒尺寸增大,減少了晶粒邊界的散射,薄膜遷移率增加。In和Y的共摻雜能有效地提高薄膜的載流子濃度至10~(21)/cm~3,同時電阻率在10~(-4)Ω·cm。In_2O_3靶濺射功率10W時,薄膜載流子濃度n～8.66×10220/cm~3,遷移率 μ～52.3cm~2/Vs,電阻率 ρ～1.36×10~(-4)·cm,500℃退火后,載流子濃度～10~(21)/cm~3,遷移率、電導率也略微上升。Y的摻雜能有效地提高CdO薄膜的性能和光學帶隙,摻雜濃度2.4%的CYO薄膜在退火溫度500℃時退火一分鐘,其載流子濃度n～6.3×10~(20)/cm~3,遷移率μ～75cm~2/Vs,電阻率ρ～1.3×10~(-4)·cm,這可以與商業(yè)用的透明導電氧化物材料ITO的導電性相媲美。
【學位授予單位】：中國科學技術大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TB383.2;TQ132.44
【圖文】：

在巖鹽氧化物中，例如氧化鎘（ＣｄＯ），陽離子插入位點也可以作逡逑為施主１９］。逡逑圖１．１［１（）］介紹了工業(yè)相關的透明導電氧化物電阻率的歷史概況。改進了這些逡逑材料的摻雜和生長參數(shù)之后，電阻率下降了很多，但只有近幾年才有研宄電阻逡逑率低于１０＿５Ｑ＿ｃｍ，故而對氧化鎘進行摻雜得到了廣泛的關注［Ｕ＿Ｍ，５］。逡逑１０２邋ｐ邐Ｉ邐Ｉ邐Ｉ邐Ｉ邋：逡逑＂邋Ｄｏｐｅｄ邋Ｓｎ０２邐■逡逑廣邐■邐Ｄｏｐｅｄ邋ＺｎＯ逡逑－１０＂３邋ｒｎＤ邋ｚ邋％邋ｉ逡逑￡邐：邐Ａ邋Ｄ邋＊＞邋□邋？ｍｅｎ邋ｇｎ邋＾邐；逡逑ｆ邋：；邋４＃４邐Ａ邐：逡逑Ｉｉ0－４ｒ邋／邐ｉ逡逑■邋Ｄｏｐｅｄ邋ｌｎ２０３邐？邋？邐■逡逑－邋Ｋ邋２邋３邐Ｄｏｐｅｄ邋ＣｄＯ邋＾逡逑？邋？；逡逑ｉ0５邋Ｌ邐１邐１邐１邐１—逡逑１９７０邐１９８０邐１９９０邐２０００邐２０１０逡逑Ｙｅａｒ逡逑圖１．１邋１９７０年至今透明導電氧化物的電阻率變化［５＿邋ｌｌＭｆｌ逡逑對透明導電氧化物摻雜的方法就是替換陽離子或者陰離子。摻雜進去的替逡逑換離子可以使電導率提升好幾個數(shù)量級，如鋁在氧化鋅中，錫在氧化銦中，但逡逑由于典型的透明導電氧化物的電子遷移率很低（ＡＺＯ，ＩＴＯ？５０邋ｃｍ２／Ｖｓ），通常逡逑需要重摻雜。載流子濃度需要達到１０２ｌｃｍ＇３的量級來滿足電阻率１０＿４N希悖懟鋇膩義弦�。栽嵾掺遭櫘戚^攏緇钚院芨擼菊韉閎畢菔侵饕氖芴澹鉤チ瞬迦脲義轄サ睦胱櫻拗屏嗽亓髯優(yōu)ǘ鵲淖畬籩�。这隔櫺为租傉君f送該韉嫉繆躉義銜锏牟粼酉�。諒T┎鉤ト畢縈捎詰繢朐又噬⑸浠嶠檔妥艿那ㄒ坡

本文編號：2716110