銦、鋅、鈦基透明導電氧化物的電子結構及光電性質.pdf

1、透明導電氧化物薄膜集對可見光的良好透過率和高的電導率于一身，使得這類材料在太陽電池、液晶及等離子體高清晰顯示、智能視窗以及建筑物的節(jié)能玻璃窗等諸多領域都獲得了廣泛的應用。 本論文對ITO、ZnO：B和ZnO：Al薄膜的結構、電輸運性質和光學性質進行了系統(tǒng)的實驗研究，并采用基于密度泛函理論的局域密度近似方法計算了ZnO、ZnO：B和TiO2、TiO2：Nb的電子結構和光學性質。 在基片溫度T≤100℃時得到的ITO薄膜是具

2、有半導體導電特性的非晶薄膜。基片溫度T≥120℃時得到的多晶薄膜在高溫（>100 K）時表現(xiàn)為金屬導電特性，在較低溫度（T<80 K）電阻溫度系數(shù)變?yōu)樨撝?，而薄膜的磁電導均為正值。研究發(fā)現(xiàn)，負的電阻溫度系數(shù)來源于弱局域效應及庫侖相互作用對載流子輸運的影響，并且，電子-電子散射是樣品中主要的非彈性散射過程。 在基片溫度為150℃下制備了具有金屬導電特性的ZnO：B薄膜，通過對樣品的磁電阻數(shù)據(jù)進行分析，發(fā)現(xiàn)其中負的部分來源于弱局域效

3、應，而正的部分可用二能帶模型很好地描述，并且，低溫下載流子的非彈性散射主要是電子-電子散射，而庫侖相互作用是樣品低溫下反常電導率的主要來源。 在不同厚度（463.63 nm、203.03 nm和66.85 nm）的ZnO：Al薄膜中觀察到的負的磁電阻部分并非來自弱局域效應，而是來源于局域磁矩對傳導電子的散射。 第一性原理計算顯示，ZnO的費米能級位于帶隙中，顯示出半導體特性，導帶底起伏較大，說明其中載流子有效質量較小。Z

4、nO：B的費米能級位于導帶，顯示了金屬導電性，價帶項與費米能級間的能量差大于純ZnO的帶隙，施主能級位于導帶，在帶隙中未觀察到雜質能級，這與實驗上得到的ZnO：B的載流子濃度與溫度無關相對應。 TiO2：Nb的費米能級位于導帶，表現(xiàn)出金屬特性：價帶頂與費米能級間的能量差大于純TiO2的帶隙，這可以解釋實驗上觀察到的當Nb摻入TiO2時的藍移現(xiàn)象；光學性質計算給出，基本吸收邊位于可見光光予能量以上，在高于和低于基本吸收邊均有吸收