本文關(guān)鍵詞：錫酸鑭鋇薄膜的光電特性研究及半導(dǎo)體材料電學(xué)測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：透明導(dǎo)電氧化物(Transparent Conducting Oxides, TCOs)是一種擁有高透過(guò)率、高電導(dǎo)率的半導(dǎo)體材料,在光電器件、太陽(yáng)能電池、液晶顯示器、場(chǎng)效應(yīng)管等多個(gè)領(lǐng)域都有著廣泛應(yīng)用。常見(jiàn)的材料如ZnO、SnO2和In2O3,它們常作為半導(dǎo)體器件的透明導(dǎo)電窗口,比如pn結(jié)、場(chǎng)效應(yīng)管和紫外探測(cè)器。然而這些材料存在一定的局限性,比如氧原子結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定、失配、降解等問(wèn)題。因此,探究一種性能更佳的透明導(dǎo)電氧化物材料體系很有必要。鈣鈦礦結(jié)構(gòu)氧化物是一類重要的透明導(dǎo)電氧化物,其在鐵電性,鐵磁性,超導(dǎo)電性和壓電性能等方面均有良好體現(xiàn)。在微電子材料和器件方面,鈣鈦礦材料的多層結(jié)構(gòu)也有著很大的潛在應(yīng)用。因此,進(jìn)一步研究其結(jié)構(gòu)和物理機(jī)制有了很大的必要性。堿土錫酸鹽是一種鈣鈦礦結(jié)構(gòu),它結(jié)構(gòu)的通式為RSnO3 (R=Ba, Sr, Ca)。由于其良好的光學(xué)及電學(xué)特性,在諸多領(lǐng)域應(yīng)用廣泛,是一種極為重要的半導(dǎo)體材料結(jié)構(gòu)。在RSnO3結(jié)構(gòu)中,BaSnO3 (BSO)是一種典型的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)氧化物,其表現(xiàn)為n型半導(dǎo)體性質(zhì),具有寬禁帶和高透過(guò)率,并且在1000℃時(shí)保持穩(wěn)定。目前BSO材料被應(yīng)用于物理傳感器、器件外延結(jié)構(gòu)、光電技術(shù)等多個(gè)領(lǐng)域。最近研究表明,鑭摻雜的BSO (BLSO)具有更多潛在優(yōu)點(diǎn),比如BLSO單晶薄膜的電子遷移率達(dá)到320cm2V-1s-1,禁帶寬度超過(guò)4 eV,明顯高于一般透明導(dǎo)電氧化物。因此,BLSO在導(dǎo)電材料應(yīng)用以及多層外延結(jié)構(gòu)方面擁有極大的潛在應(yīng)用。Shan et al.報(bào)道了鑭摻雜與BSO光學(xué)性質(zhì)變化的內(nèi)在機(jī)理。與此同時(shí),國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)對(duì)于該材料在常溫下的紅外、紫外以及摻雜結(jié)構(gòu)都有一定的實(shí)驗(yàn)與分析。目前,對(duì)于變溫環(huán)境下的光電特性以及禁帶寬度等問(wèn)題尚缺少研究。所以,在變溫環(huán)境下對(duì)于BLSO薄膜的性質(zhì)研究是十分必要的。本文所使用的BLSO薄膜采用溶膠凝膠(Sol-Gel)方法制備,其襯底是A1203(0001)。在多個(gè)鑭摻雜組分和不同溫度環(huán)境下,對(duì)BLSO材料的光學(xué)和電學(xué)特性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)分析。本文通過(guò)BLSO材料在變溫變組分(鑭組分從0%到100%)條件下的透射光譜測(cè)試,得出了其透射光譜隨溫度和組分變化的一般規(guī)律。通過(guò)擬合得出薄膜的介電函數(shù)和禁帶寬度等參數(shù)。通過(guò)對(duì)禁帶寬度進(jìn)行玻色愛(ài)因斯坦模型擬合,建立了BLSO材料的溫度-組分雙重依賴關(guān)系模型。對(duì)于全組分,材料禁帶寬度與組分呈正向關(guān)系,與溫度呈反向關(guān)系。輕摻雜(x≤0.04)狀態(tài)下,BLSO材料與溫度和摻雜濃度都呈強(qiáng)依賴關(guān)系,而重?fù)诫s(x≥0.06)狀態(tài)下,BLSO材料與溫度或組分都呈弱依賴關(guān)系。通過(guò)測(cè)試BLSO薄膜在變溫狀態(tài)下的電學(xué)特性,分析了材料電阻率的組分和溫度依賴關(guān)系。這種依賴關(guān)系的特性與其光學(xué)特性很相似。都在鑭輕摻雜(x≤0.04)時(shí)表現(xiàn)為強(qiáng)依賴關(guān)系,重?fù)诫s(x≥0.06)時(shí)表現(xiàn)為弱依賴關(guān)系。對(duì)于重?fù)诫s的BLSO材料,其存在一個(gè)摻雜濃度臨界值,在其組分超過(guò)臨界值后,禁帶寬度將顯著增大。對(duì)于其內(nèi)部機(jī)理,主要從晶格結(jié)構(gòu)的變化來(lái)解釋,鑭離子對(duì)于鋇離子的取代將造成BLSO晶格結(jié)構(gòu)的反常膨脹。在半導(dǎo)體材料電學(xué)測(cè)試系統(tǒng)搭建方面,主要實(shí)現(xiàn)了“變溫I-V特性曲線測(cè)試系統(tǒng)”以及“壓電測(cè)試系統(tǒng)”的搭建。在半導(dǎo)體材料的研究過(guò)程中,經(jīng)常需要在復(fù)雜環(huán)境下對(duì)于材料的各種性能進(jìn)行測(cè)試。以往對(duì)于儀器的手動(dòng)控制往往操作復(fù)雜且效率低下,需要實(shí)驗(yàn)人員花費(fèi)大量時(shí)間不斷設(shè)置實(shí)驗(yàn)儀器和記錄數(shù)據(jù)。本文所搭建的系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)利用計(jì)算機(jī)終端對(duì)于多個(gè)控制設(shè)備的集成功能,實(shí)驗(yàn)人員通過(guò)在計(jì)算機(jī)的控制,便可完成對(duì)于綜合測(cè)試功能的實(shí)現(xiàn),具有重要意義。
【關(guān)鍵詞】：錫酸鑭鋇 透明導(dǎo)電氧化物 變溫 光電特性 測(cè)試系統(tǒng)
【學(xué)位授予單位】：華東師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TB383.2;TN304.07
【目錄】：

• 摘要6-8
• Abstract8-13
• 第一章 緒論13-23
• 1.1 研究背景13-14
• 1.2 紫外可見(jiàn)吸收光譜技術(shù)14-15
• 1.3 電學(xué)表征技術(shù)15-16
• 1.4 BLSO薄膜的制備16-17
• 1.5 碩士期間主要工作17-18
• 1.5.1 變溫環(huán)境下BLSO的光學(xué)及電學(xué)特性17
• 1.5.2 實(shí)驗(yàn)室測(cè)試系統(tǒng)搭建17-18
• 1.6 本文主要內(nèi)容18-20
• 參考文獻(xiàn)20-23
• 第二章 BLSO薄膜光學(xué)特性23-37
• 2.1 薄膜材料的光學(xué)色散關(guān)系23-24
• 2.1.1 Tauc-Lorentz色散關(guān)系23
• 2.1.2 Drude-Lorentz色散關(guān)系23-24
• 2.2 變溫條件下薄膜紫外透射光譜24-28
• 2.3 變溫條件下薄膜介電函數(shù)28-31
• 2.4 能帶隨溫度變化機(jī)理分析31-34
• 2.5 本章小結(jié)34-35
• 參考文獻(xiàn)35-37
• 第三章 BLSO薄膜電學(xué)特性37-43
• 3.1 變溫條件下薄膜電阻率37-38
• 3.2 薄膜電遷移機(jī)理分析38-40
• 3.3 本章小結(jié)40-41
• 參考文獻(xiàn)41-43
• 第四章 變溫I-V特性曲線測(cè)試系統(tǒng)的搭建43-49
• 4.1 系統(tǒng)設(shè)備構(gòu)成43-45
• 4.1.1 系統(tǒng)整體架構(gòu)43
• 4.1.2 電學(xué)測(cè)試系統(tǒng)43-44
• 4.1.3 溫度控制系統(tǒng)44-45
• 4.2 系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)45-48
• 4.2.1 程序需求分析45
• 4.2.2 程序設(shè)計(jì)方案45-48
• 4.3 本章小結(jié)48-49
• 第五章 壓電測(cè)試系統(tǒng)的搭建49-53
• 5.1 系統(tǒng)設(shè)備構(gòu)成49-50
• 5.2 程序設(shè)計(jì)方案50-52
• 5.2.1 程序需求分析50
• 5.2.2 程序設(shè)計(jì)方案50-52
• 5.3 本章小結(jié)52-53
• 第六章 總結(jié)與展望53-57
• 6.1 總結(jié)53-55
• 6.2 展望55-57
• 附錄Ⅰ 碩士期間科研成果57-59
• 附錄Ⅱ 致謝59

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本文編號(hào)：448063