F摻雜SnO2薄膜的電子輸運性質研究.pdf

1、F摻雜的SnO2（FTO）薄膜具有高的可見光透過率和優(yōu)良的導電性，在太陽能電池以及平面液晶顯示等諸多領域具有廣闊的應用前景。多年來，人們分別從實驗上和理論上對FTO展開了大量的研究工作。關于FTO薄膜高導電性和光學透過性起源的研究，主要是基于能帶結構的計算，電子能帶結構對材料的電輸運特性至關重要。通過對FTO能帶結構的計算，人們發(fā)現這類材料具有類自由電子的特性，而目前的實驗研究，主要集中在改善制備條件，得到高質量的FTO薄膜上，對其電輸

2、運機制缺乏系統(tǒng)有效的研究。另外，材料的性能在很大程度上取決于其結構，對透明導電氧化物薄膜進行退火處理可能會使薄膜的結構形態(tài)發(fā)生改變，從而導致其性能發(fā)生變化。
　　本論文對FTO薄膜的電輸運性質進行了系統(tǒng)研究。在300至50 K的溫度范圍，樣品的電阻率溫度關系服從布洛赫-格林艾森公式，載流子濃度的大小與溫度無關，證明了FTO薄膜具有金屬導電特性。在300至10 K的溫度范圍，只觀察到了與溫度呈現線性關系的擴散熱電勢，而沒有發(fā)現聲子曳

3、引熱電勢，經分析發(fā)現這源于FTO中長的電子-聲子散射時間?ep。通過對電阻率和熱電勢的分析，我們從實驗上證明了FTO薄膜具有類自由電子導電特性，服從玻爾茲曼輸運方程。在50 K以下，樣品的電阻率隨溫度的減小出現小幅上升，這是由低溫量子效應（弱局域效應和電子-電子相互作用）所引起的。應用弱局域理論對磁電阻進行分析，得到了退相干散射率與溫度的關系，經過與理論進行定量比較，我們發(fā)現電子-電子散射主導著低溫的退相干機制。上述結果使得我們成功驗證

4、了三維無序系統(tǒng)中的電子-電子散射理論。在一般的三維無序金屬中，載流子濃度較高，這使得電子-聲子散射率遠大于電子-電子散射率。而FTO薄膜的載流子濃度比一般金屬中的低2~3個量級，這使得FTO中的電子-電子散射率大幅提高而占主據導地位，因而給我們提供了檢驗三維無序導體中電子-電子散射理論的機會。
　　通過研究熱處理對透明導電氧化物薄膜性質的影響，我們發(fā)現 FTO薄膜具有優(yōu)良的熱學穩(wěn)定性，適當條件的熱處理可以有效改善其結構，提高光學和