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《大连理工大学》 2011年
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N掺杂Cu_2O薄膜的制备及光学性质研究

李洪婧  
【摘要】:Cu2O是直接带隙p型半导体,其禁带宽度约为2.1eV,具有赤铜矿结构,其空间群为Pn3m,晶格常数为0.4296nm。Cu2O的高吸收系数,无毒,制备成本低廉使得其在太阳能电池方面具有潜在的应用价值。近年来,对其进行掺杂从而提高薄膜的光电性能引起了很多研究者的关注。 本文采用RF反应磁控溅射方法采用氧化铜为溅射靶,研究了氮气掺杂和在不同温度下氮掺杂Cu2O薄膜的生长行为和光学性能的影响,并对Cu2O和氮掺杂Cu2O进行了第一性原理计算。主要研究结果如下: 1.对薄膜进行氮掺杂,氮气流量对生长单纯相的Cu2O薄膜有很重要的影响,在少量的氮气掺杂下,可以出现高织构取向生长的Cu2O(111),但随着氮气流量的增加会产生Cu3N,从而影响了薄膜的高透过率。 2.N掺杂的Cu2O薄膜,在低温沉积时,表现为比较强的(100)织构;随着沉积温度增加到500℃,薄膜逐渐转变为(111)织构,沉积温度增加导致的临界成核自由能的增加是决定薄膜织构特征的重要因素;不同沉积温度的薄膜表面形貌的空间标度指数α1,属于表面扩散支配的薄膜生长机制;不同温度沉积的氮掺杂Cu2O薄膜的禁带宽度为2.52±0.03 eV。 3.N掺杂使Cu2O的光学禁带宽度增加,导致Cu2O成为允许的带隙直接跃迁半导体,第一性原理计算表明,禁带宽度的增加主要与价带顶下移和导带底上移有关。N的2p电子在价带顶附近具有较大的态密度是N掺杂Cu2O变成允许的带隙直接跃迁半导体的根本原因。
【学位授予单位】:大连理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:O614.121

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【参考文献】
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