PLD制備CuAlO2薄膜的結(jié)構(gòu)與性能研究.pdf

1、銅鐵礦結(jié)構(gòu)CuAlO2薄膜作為最早發(fā)現(xiàn)的p型透明導(dǎo)電氧化物材料，對透明LED、透明晶體管、透明光伏電池等全透明光電器件的實(shí)現(xiàn)具有重大意義，極大推動了透明導(dǎo)電氧化物材料(TCO)研究的進(jìn)步發(fā)展，具有深遠(yuǎn)的潛力。但是制備結(jié)晶質(zhì)量良好的CuAlO2薄膜比較困難，且CuAlO2薄膜導(dǎo)電能力不足，需要通過退火、摻雜等手段加以改進(jìn)。本文采用脈沖激光沉積(PLD)法制備CuAlO2薄膜。為提高CuAlO2薄膜的質(zhì)量和光電性能，對薄膜進(jìn)行了退火處理，研

2、究退火工藝對薄膜結(jié)構(gòu)和性能的影響，優(yōu)化了退火工藝流程。之后通過Mg摻雜在退火的基礎(chǔ)上進(jìn)一步改善薄膜的電學(xué)性能。通過XRD、SEM、XPS等表征手段對樣品的微觀結(jié)構(gòu)、結(jié)晶質(zhì)量、元素成分、化學(xué)鍵、表面形貌進(jìn)行了檢測。使用紫外-可見分光光度計(jì)檢測薄膜的光學(xué)性能?；魻栃?yīng)檢測儀用于表征薄膜的各項(xiàng)電學(xué)性能參數(shù)。
　　使用PLD直接沉積的CuAlO2薄膜有70-80％較高的可見光透過率以及致密均勻的表面形貌，但薄膜中含有CuO、CuAl2O4

3、等雜相，結(jié)晶質(zhì)量不佳，導(dǎo)致電阻率高達(dá)878.43Ω·cm。在襯底溫度650℃、激光能量230mJ下沉積的CuAlO2薄膜結(jié)構(gòu)與性能稍好，但仍有很大的改善空間。由于薄膜中雜質(zhì)的影響，沉積態(tài)CuAlO2薄膜的能帶隙范圍3.6-3.8eV，比理論值偏高。
　　研究了退火工藝對CuAlO2薄膜結(jié)構(gòu)的影響，得出了制備高結(jié)晶質(zhì)量薄膜的最佳退火工藝參數(shù):退火溫度為1000℃，退火時間為30min，退火氣氛為Ar。同時薄膜的電學(xué)與光學(xué)性能相較于退

4、火前顯著提高，在襯底溫度650℃、激光能量230mJ下沉積的CuAlO2薄膜經(jīng)退火后透過率相對于退火前增加到90％，電阻率降低至16.67Ω·cm，能帶隙為3.49eV。
　　在退火處理的基礎(chǔ)上，通過Mg摻雜達(dá)到進(jìn)一步改善薄膜電學(xué)性能的目的。隨著Mg摻雜量增加，受主摻雜使載流子濃度提高，Mg摻雜濃度為2％時薄膜具有最低的電阻率11.45Ω·cm。與此同時，Mg摻雜量不斷增加會使薄膜的可見光透射率降低至50％左右，帶隙逐漸變窄至3.