ZnO基透明導(dǎo)電薄膜具有成本低、環(huán)境友好、抗輻射能力強(qiáng)、對(duì)H等離子體耐受性好等優(yōu)點(diǎn),是金屬氧化物半導(dǎo)體研究領(lǐng)域的一個(gè)極為重要的方向.目前,無論陽離子還是陰離子單獨(dú)摻雜的ZnO透明導(dǎo)電薄膜在電導(dǎo)率、可見光透過率和熱穩(wěn)定性等方面依然不能完全滿足光電器件的要求,為此人們開展了陰陽離子共摻雜ZnO薄膜光電性質(zhì)的研究工作,取得了良好的效果.本文從理論和實(shí)驗(yàn)研究兩方面,總結(jié)了陰陽離子共摻雜ZnO透明導(dǎo)電薄膜的最新研究成果,系統(tǒng)闡述了陰陽離子對(duì)ZnO薄膜的光學(xué)、電學(xué)和熱穩(wěn)定性的影響規(guī)律,分析了陰陽離子共摻雜ZnO研究所面臨的問題和挑戰(zhàn),為相關(guān)領(lǐng)域的研究和發(fā)展提供借鑒和參考. 

【文章來源】：科學(xué)通報(bào). 2020,65(25)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：13 頁

【部分圖文】：

(網(wǎng)絡(luò)版彩色)GFZO薄膜的電阻率隨濺射功率和氣壓強(qiáng)度的變化關(guān)系.(a)濺射功率;(b)氣體壓強(qiáng)[43]

(網(wǎng)絡(luò)版彩色)GFZO薄膜光電性質(zhì)隨Ga/F摻雜比例的變化關(guān)系[45].(a)紫外-可見光(UV-Vis)透過率;(b)光學(xué)帶隙Eg;(c)電學(xué)參數(shù)

最近,本課題組[33]研究了F分別與Al、Ga、In共摻雜ZnO的能帶結(jié)構(gòu)和缺陷形成能.對(duì)比F與IIIA族元素比例分別為1:1,1:2和2:1的情況下,施主能級(jí)相對(duì)導(dǎo)帶底的位置變化,從而推斷F與IIIA族元素共摻雜ZnO導(dǎo)電性的差異.我們首先確定了F與Al、Ga、In共摻雜ZnO的能量最穩(wěn)定結(jié)構(gòu),如圖2(a,b)所示.結(jié)果表明,Al-F共摻雜ZnO中摻雜離子的空間分布彌散性最高,Ga-F共摻雜ZnO中摻雜離子的空間分布彌散性次之In-F共摻雜ZnO的摻雜離子的空間分布彌散性最低.更重要的是,與單摻雜ZnO相比,F和Al、Ga、In共摻雜ZnO中施主能級(jí)位置更靠近導(dǎo)帶底.當(dāng)Al-F共摻雜ZnO中F和Al摻雜比例為1:2時(shí),施主離化能最低;Ga-F共摻雜ZnO中F和Ga摻雜比例為1:1時(shí),施主離化能最低;而In-F共摻雜ZnO中F和In摻雜比例為1:2時(shí),施主離化能最低,如圖(c)所示.在態(tài)密度圖中,與單摻雜相比,F-Al/Ga共摻雜中,Al/Ga的引入可以使F 2p態(tài)分布變得離域,促進(jìn)了ZnO導(dǎo)電能力的提高.與之相反,F-In共摻雜ZnO中,F 2p與In 5s,5p軌道間發(fā)生強(qiáng)烈的雜化,導(dǎo)致In5s能態(tài)局域在帶隙中間,因此不利于其導(dǎo)電能力的提高,如圖2(d)所示.該研究闡明了F和IIIA族金屬元素?fù)诫sZnO導(dǎo)電能力隨摻雜元素比例的變化規(guī)律,為獲得高性能的透明導(dǎo)電ZnO材料提供了新思路.圖2(網(wǎng)絡(luò)版彩色)Al/Ga/In與F離子共摻雜ZnO的理論模擬研究.(a)Al/Ga/In-F共摻雜的穩(wěn)定結(jié)構(gòu);(b)2Al/2Ga/2In-F共摻雜的穩(wěn)定結(jié)構(gòu);(c)Al/Ga/In-F不同摻雜比例所對(duì)應(yīng)躍遷能級(jí)的示意圖;(d)不同摻雜方式下ZnO所對(duì)應(yīng)的態(tài)密度[33]

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]激光分子束外延法制備氟鋁共摻氧化鋅薄膜及其物性研究[J]. 馬劍鋼,林東.  物理實(shí)驗(yàn). 2016(09)
[2]Ga-F共摻雜ZnO導(dǎo)電性和透射率的第一性原理計(jì)算[J]. 何靜芳,吳一,史茹倩,周鵬力,鄭樹凱.  無機(jī)化學(xué)學(xué)報(bào). 2015(01)



本文編號(hào)：3092768