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NiO基半导体光电薄膜的制备及性能研究

何作鹏  
【摘要】:氧化镍是具有典型3d电子结构的氧化物,是一种P型氧化物半导体材料, Ni0被广泛应用于透明导电膜,电致变色器,气体敏感等领域。 本文综合论述了NiO、MgxNi1-xO、CuxNi1-xO的制备方法以及最新相关研 究的最新进展和应用前景。研究了热处理温度对NiO薄膜的结晶状态、光学性 质的影响;结果表明,NiO薄膜的在一定温度下,呈现择优取向生长趋势,晶粒 尺寸随着热处理温度的升高而增大;但热处理温度过高,NiO薄膜与衬底发生反 应生成Ni2SiO4,反而导致晶粒尺寸减小;与此同时,NiO薄膜的光学禁带宽度 随着晶粒尺寸的增大而变小。 为了调节NiO薄膜的禁带宽度,使之适应不同应用的需要,我们尝试通过 掺杂调节NiO薄膜的禁带宽度。通过在NiO中掺Mg形成了MgxNi1-xO固溶体, 成功实现了NiO禁带宽度向高端移动。实验结果表明,当Mg含量在0. 2-0. 3之 间时,MgxNi1-xO薄膜的禁带宽度处于240-280nm,正好处于目盲光谱范围。 光谱响应测试表明,Mg0. 3Ni0. 7O对太阳光不敏感,而对254nm的紫外光具有很 好的响应特性,电阻变化高达40%。以上结果说明MgxNi1-x是一种具有潜在应 用前景的太阳盲区紫外探测器用材料。 另一方面,我们通过在NiO中掺Cu,形成了CuxNi1-xO,成功使得NiO的 禁带宽度向低端移动。实验结果表面,当Cu含量的在0-0. 2时,CuxNi1-xO薄 膜的光谱响应范围从紫外光谱阶段向可见波段移动,同时,薄膜仍保持良好的电 致变色性能。电致变色性能测试结果显示,Cu0. 2Ni0. 8O薄膜具有最好的电致变色 特性,且薄膜的着色深度随Cu的含量增加而变大。 因此CuxNi1-xO是一种具有 应用前景的禁带宽度可调的电致变色材料。 利用在NiO中掺入Mg和Cu,可以在3. OeV-5. 0cV范围内调节NiO基薄膜 的禁带宽度,有望在宽禁带异质结、量子阱器件等方面得到应用。


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