P型導(dǎo)電透明二氧化錫薄膜及其PN結(jié)構(gòu)的制備和研究.pdf

1、透明導(dǎo)電氧化物(TCO)薄膜因?yàn)榫哂性诳梢姽鈪^(qū)透明和電阻率低的特性,被廣泛的應(yīng)用在各種光電器件中,如平面液晶顯示器(LCD)、太陽(yáng)能電池、節(jié)能視窗、半導(dǎo)體器件、熱電/光電材料中。二氧化錫(SnO2)薄膜由于具有對(duì)紫外吸收系數(shù)大、可見光透光率高、化學(xué)性能穩(wěn)定以及室溫下抗酸堿能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn),成為了應(yīng)用最廣泛的TCO薄膜之一。目前已投入應(yīng)用的TCO薄膜大多為n型電子導(dǎo)電,p型空穴導(dǎo)電的TCO薄膜一直難有突破。如果能制備電學(xué)性能與n型TCO薄膜相

2、匹配的p型導(dǎo)電薄膜,不僅能拓寬TCO薄膜的應(yīng)用范圍,還可以制備出透明pn結(jié),成為光電子信息元器件領(lǐng)域的一項(xiàng)重大進(jìn)步。
　　 依據(jù)半導(dǎo)體物理理論,通過淺能級(jí)摻雜受主元素可以使氧化物薄膜實(shí)現(xiàn)p型導(dǎo)電性能。在此理論基礎(chǔ)之上,本文總結(jié)已報(bào)道成果并改進(jìn),研究了采用磁控濺射法對(duì)不同類型的靶材進(jìn)行濺射,通過摻雜淺能級(jí)元素Sb制備p型導(dǎo)電透明SnO2:Sb(ATO)薄膜。通過控制濺射的工藝條件和對(duì)薄膜進(jìn)行退火熱處理,使SnO2晶格中Sb有效替代

3、Sn原子位置,形成受主摻雜,從而使薄膜具有p型導(dǎo)電性能。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),采用直流反應(yīng)濺射合金靶,在氧氣流量小于8sccm、襯底溫度在200～250℃時(shí),能夠獲得具有p型導(dǎo)電性能的ATO薄膜;當(dāng)氧流量為4sccm,襯底溫度200℃時(shí),空穴濃度最高達(dá)到4.223×1019cm-3,電導(dǎo)率最高達(dá)到0.3973S·cm-1。采用射頻濺射法,對(duì)高純氧化物陶瓷靶進(jìn)行濺射并熱處理,比直流反應(yīng)濺射法更易獲得結(jié)晶良好、成分均勻、結(jié)構(gòu)平整的p型導(dǎo)電ATO薄膜,熱

4、處理溫度對(duì)薄膜的導(dǎo)電性能至關(guān)重要。射頻沉積的ATO薄膜在氬氣氣氛中熱處理后,形成金紅石結(jié)構(gòu)的SnO2晶體,可見光區(qū)的平均透過率在80％以上,且均為p型導(dǎo)電。其中在650℃熱處理4小時(shí)的ATO薄膜具有最好的p型導(dǎo)電性能,相較于已報(bào)道的其它p型導(dǎo)電薄膜,空穴載流子濃度高出1～2個(gè)數(shù)量級(jí),達(dá)到1.722×1020cm-3,電導(dǎo)率達(dá)到60.61 S·cm-1。通過測(cè)試發(fā)現(xiàn),熱處理溫度能影響受主摻雜效率和薄膜的結(jié)晶結(jié)構(gòu),進(jìn)而影響薄膜的p型導(dǎo)電性能