十九世紀(jì)以來,有關(guān)拓展新能源的探索從未停止,社會有一種具有較高價值的功能性材料稱為透明導(dǎo)電薄膜（Transparent Conductive Film）,簡寫TCO。由于它具有較好的光學(xué)透明性能與導(dǎo)電性能,應(yīng)用在光探測器、顯示器屏幕、紫外探測器等各種光電器件方面。那么研究數(shù)量最多且擁有性能優(yōu)異等特點是半導(dǎo)體氧化物導(dǎo)電薄膜,其中具有代表性如In2O3、ITO、SnO2和ZnO基等。近年來,研究與討論發(fā)現(xiàn)本征ZnO薄膜在社會中擁有極大地影響力,并深度延伸探索金屬元素摻雜ZnO薄膜的光電性能等方面的改善,廣泛應(yīng)用在太陽能電池和傳感器等更多領(lǐng)域方面。本文通過磁控濺射方法在石英襯底上生長錫復(fù)合氧化鋅（Sn-ZnO,簡寫:TZO）薄膜材料。理論上選取Sn元素作為摻雜對象的原因有:Sn4+取代Zn2+位置后釋放兩個自由電子,這樣的優(yōu)勢可以提高其導(dǎo)電性更利于電學(xué)器件的應(yīng)用;Sn4+離子半徑比Zn2+小且相對接近(r_Zn2+=0.074nm,r_Sn4+=0.071nm),這樣摻雜后晶格間距變化較小不影響擇優(yōu)生長。那么在理論的基礎(chǔ)上采用改變實驗參量進行薄膜研究,... 

【文章來源】：哈爾濱師范大學(xué)黑龍江省

【文章頁數(shù)】：53 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

ZnO六方纖鋅礦結(jié)構(gòu)

秩畢蒞吹檬У繾憂榭齜殖桑菏┲魅畢莘直鷂?蹩?位Vo、鋅間隙Zni、鋅反位Zno；受主缺陷分別為鋅空位VZn、氧間隙Oi、氧反位OZn[5-7]。這些本證缺陷態(tài)決定ZnO具備獨特的磁學(xué)、光學(xué)、電學(xué)和氣體傳感等性能。本征缺陷也可分成n型與p型半導(dǎo)體：氧空位（Vo）在n型中占缺陷的主導(dǎo)地位，由于氧空位（Vo）形成能相對其他缺陷低得多，同時薄膜制備比較容易得到；施主型缺陷（Zni，Vo和Zno）在P型中很容易形成，其中形成能很低且自補償效應(yīng)很強[8]。但是p型半導(dǎo)體薄膜不穩(wěn)定從而不易制備得到，所以大多數(shù)實驗得到的都是n型半導(dǎo)體薄膜。圖1-2ZnO的本征缺陷能級圖Figure1-2IntrinsicdefectleveldiagramofZnO（2）SnO2的基本性質(zhì)SnO2的基本物理參數(shù)如表1-2[9]。自然界中，錫（Sn）金屬常溫下是灰綠色粉末，Sn屬于IV-VI族n型半導(dǎo)體，它有兩種化合價態(tài)：Sn2+與Sn4+，其離子半徑依次分別為0.093nm和0.071nm，其中Sn4+離子更容易與O2-結(jié)合形成二氧化錫（SnO2），簡稱為氧化錫。常溫常壓下，氧化錫[10]結(jié)構(gòu)分成三大類：四方（Tetragonal）、六方（Cubic）和正交（Orthorhombic）三種，其中最常見的晶體結(jié)構(gòu)是出四方晶系的正方金紅石體結(jié)構(gòu)（Tetragonalrutile）[9],與本文XRD所得結(jié)果一致。金紅石結(jié)構(gòu)晶格參數(shù)為a=b=0.4737nm,c=0.3186nm,O2=0.140nm,如圖1-3所示晶胞結(jié)構(gòu)由Sn(rSn4+=0.071nm)和O(rO2-=0.140nm)兩種原子組成，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)由4個氧原子和2個錫原子構(gòu)成，如圖1-3所示。圖中顯示SnO2(001)晶面平行于c軸擇優(yōu)生長，SnO2(110)晶面平行c軸生長。

哈爾濱師范大學(xué)碩士學(xué)位論文4注：黃色和綠色的球分別代表O和Sn原子圖1-3SnO2四方金紅石結(jié)構(gòu)Note:YellowandgreenballsrepresentOandSnatomsFigure1-3SnO2Tetragonalrutilestructure研究SnO2半導(dǎo)體過程中，發(fā)現(xiàn)SnO2多數(shù)處于多晶薄膜結(jié)構(gòu)并直接影響到能級結(jié)構(gòu)，在晶體界面中O2-的丟失將促使Sn4+轉(zhuǎn)化為Sn2+，并合成SnO逸出到薄膜表面形成表面態(tài)缺陷，同時SnO的形成也將使SnO2能帶發(fā)生改變。晶體中的缺陷的影響程度取決于相對應(yīng)缺陷的形成能量與幾率，SnO2晶胞缺陷[11]主要包括氧空位Vo、錫間隙子Sni、氧間隙Oi、錫空位VSn，其中由于氧空位Vo、錫間隙Sni的缺陷數(shù)量遠大于氧間隙Oi、錫空位VSn的缺陷數(shù)量,形成能恰好與缺陷數(shù)量相反，在導(dǎo)電性方面主要來源于氧空位Vo缺陷。表1-2SnO2、ZnO材料的基本物理性質(zhì)和參數(shù)[1][9]Table1-2BasicphysicalpropertiesandparametersofZnOmaterials金屬氧化物ZnOSnO2晶格常量a()3.254.737晶格常量c()5.23.186室溫帶隙寬度(eV)~3.373.5~4.0激子束縛能(meV)60130電子親合能(eV)4.34.5功函數(shù)(eV)5.24.9本征載流子濃度(cm3)<1061015-1018載流子遷移率(cm2V-1S-1)5-505-30


本文編號：3098902