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直流反应磁控溅射法制备p型透明导电锡锑氧化物薄膜

霍丽娟  
【摘要】:p型透明导电氧化物(TCO)薄膜可实现全透明导电氧化物薄膜材料构成的透明p-n结和相应的透明半导体器件,开启一个崭新的透明光电子时代。p型宽禁带氧化物掺杂是目前实现p型TCO薄膜的研究热点之一,虽然已经取得了较大的进展,但其性能与实际应用还存在相当大距离,还需要不断的完善性能和开发新的p型氧化物薄膜材料。 本论文先对目前p型透明导电氧化物薄膜的研究进展加以综合论述。在此基础上,根据氧化锑的电子结构特征和宽禁带氧化物p型掺杂机理,尝试在氧化锑中掺入适量Sn元素以获取一种新型p型透明导电氧化物薄膜。实验采用直流反应磁控溅射法室温下沉积锡锑氧化物薄膜,然后空气中热处理以获得p型透明导电锡锑氧化物薄膜,系统地研究了Sn/Sb原子比、氧气分压比、热处理温度和时间这些工艺参数对薄膜性能的影响。利用高分辨X射线衍射仪(XRD)、紫外分光光度计(UV-Vis)、场发射扫描电镜(FESEM)、霍尔效应(Hall)测试、X射线光电能谱(XPS)等测试手段对各个工艺参数下制备的薄膜进行表征和分析。 研究结果表明: 当Sn/Sb原子比处于0.22~0.34之间,氧气分压比大于0.32,热处理温度高于400℃时,可获得光电性能良好的p型锡锑氧化物薄膜。本实验制备的p型锡锑氧化物薄膜保持正交晶系的Sb_2O_4结构;光学禁带宽度约为3.90eV,可见光平均透射率可达到85%以上;最低电阻率为0.22Ω·cm,最高空穴浓度为7.74×10~(19)cm~(-3)。进一步研究发现:Sn~(4+)替代混合价态氧化物Sb_2O_4晶格中Sb~(+5)位置,形成受主能级,提供空穴载流子,实现p型导电。


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