P型透明导电SrCu2O2薄膜的制备及性能研究

论文摘要

SrCu2O2（SCO）薄膜是1998年A.kudo等人首次制备出的非铜铁矿结构的p型直接带隙透明导电氧化物薄膜。利用该薄膜与n型氧化锌已成功制备了透明的异质结近紫外发光二极管等器件,表明了SCO广阔的应用前景。SrCu2O2已经成为当前透明导电薄膜研究领域的热点之一。本文利用固相反应烧结法合成了Ca掺杂SrCu2O2粉末（Ca0.1Sr0.9Cu2O2）,并制备了溅射用陶瓷靶材,采用直流磁控溅射法用自制的陶瓷靶制备出较高质量的SCO薄膜,并用XRD、SEM、EDS等测试手段对靶材和沉积的薄膜进行了结构和形貌的表征及分析,并用紫外-可见双光束分光光度计、霍尔效应测试仪对不同条件下制备的薄膜的光学和电学性能进行了分析。靶材检测结果表明:表面比较平整,元素分布较均匀,基本符合溅射靶材的要求。薄膜检测结果表明::SCO膜为多晶结构,晶粒尺寸为100nm左右,表面较平整,晶粒大小均匀,含有Ca、Sr、Cu、O、C元素,Ca已成功掺杂入SCO薄膜。退火处理能使其结晶度提高。光谱分析结果表明:SCO膜的可见光透射率达到70%以上,随着氧浓度、基片温度和溅射时间的增加,薄膜的透射率减小,随着工作压强、靶基距的提高,薄膜的透光率会上升,透光率经退火处理后有明显的增大。电学性能分析结果表明:SCO膜为p型导电,其电阻率受氧氩比和退火处理的影响较大。随着氧氩比的增大,电阻率先减小后增大,载流子浓度和迁移率先增大后减小。经退火处理后,电阻率减小,载流子浓度和迁移率增大。根据对SCO薄膜的组织结构和光电性质的研究,提出了直流磁控溅射法制备SCO薄膜的最佳工艺条件为:氧氩比12/24,衬底温度200℃,工作压强5.0Pa,靶基距7.0cm,功率36W,退火条件为氮气环境下800℃退火1h。在此条件下制备的薄膜的电阻率为21.2Ω·cm,载流子浓度为4.073×1016cm-3,透射率达到70%以上。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 问题的提出及研究意义
• 2O₂ 薄膜的研究现状'>1.2 SRCU₂O₂薄膜的研究现状
• 2O₂ 薄膜的结构'>1.2.1 SrCu₂O₂薄膜的结构
• 2O₂ 薄膜材料的性能'>1.2.2 SrCu₂O₂薄膜材料的性能
• 2O₂ 薄膜的制备'>1.2.3 SrCu₂O₂薄膜的制备
• 2O₂ 薄膜的应用前景'>1.2.4 SrCu₂O₂薄膜的应用前景
• 1.3 本文研究的内容及创新点
• 2 SCO 陶瓷靶材的制备
• 2.1 固相反应烧结法
• 2.1.1 引言
• 2.1.2 固相反应烧结法基本原理
• 2.2 实验仪器及试验流程
• 2.2.1 试验仪器
• 2.2.2 试验流程
• 2.3 陶瓷靶材的结构与成份
• 2.3.1 靶材的XRD 分析
• 2.3.2 靶材的SEM 分析
• 2.4 小结
• 3 SCO 薄膜制备及测试方法
• 3.1 直流磁控溅射法简介
• 3.1.1 引言
• 3.1.2 直流磁控溅射的基本原理
• 3.2 试验仪器及试验流程
• 3.2.1 试验仪器
• 3.2.2 试验流程
• 3.2.3 制备SCO 薄膜的试验条件
• 3.3 SCO 薄膜的检测方法
• 3.3.1 X 射线衍射仪
• 3.3.2 扫描电镜
• 3.3.3 霍尔测试仪
• 3.3.4 分光光度计
• 4 SCO 薄膜的结构与光电性能
• 4.1 结构分析和形貌表征
• 4.1.1 结构分析
• 4.1.2 形貌表征
• 4.2 薄膜的光学性能
• 4.2.1 SCO 薄膜的紫外可见透射光谱
• 4.2.2 工作压强对薄膜透射光谱的影响
• 4.2.3 靶基距对薄膜透射光谱的影响
• 4.2.4 溅射时间对薄膜透射光谱的影响
• 4.2.5 沉积温度对薄膜透射光谱的影响
• 4.2.6 氧氩比对薄膜透射光谱的影响
• 4.2.7 退火处理对薄膜透射光谱的影响
• 4.2.8 光学带隙的理论计算
• 4.3 薄膜的电学性能
• 4.3.1 氧氩比对SCO 薄膜电学性能的影响
• 4.3.2 退火处理对薄膜电学性能的影响
• 4.4 小结
• 5 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录