p型透明导电薄膜及其二极管的研究

论文摘要

本文采用固态反应法成功制备了SrCu2O2、CuAlO2和CuFeO2的陶瓷靶材,并首次使用渠道火花烧蚀方法（Channel Spark Ablation,CSA）制备相应的SrCu2O2、CuAlO2和CuFeO2薄膜,对制备的靶材与薄膜,分别利用XRD、AFM等手段分析其结构和表面形貌,用Seebeck系数、Hall系统测试仪、可见光分光光度计等设备方法测试其光电性能。还以普通玻璃为基板,利用掺锌硫化铜铝（CuAlS2:Zn）化合物靶,采用渠道火花烧蚀法首次制备掺锌硫化铜铝透明导电硫化物薄膜,详细研究了基板温度、氩气分压、烧蚀源电压电流、退火等工艺参数对薄膜电学和光学性能的影响。结合渠道火花烧蚀法、反应磁控溅射方法等一系列薄膜制备工艺,尝试使用新型的透明导电CuAl0.90Zn0.10S2薄膜和IWO薄膜叠加制备了透明的薄膜二极管。研究结果表明:固态反应法获得的SrCu2O2、CuAlO2和CuFeO2陶瓷靶材均为p型导电类型;渠道火花烧蚀方法制备的相应薄膜也均为p型,其典型的电阻率分别为260Ω·cm,110Ω·cm和85Ω·cm;其中,CuAlO2薄膜具有相对较好的光学性能。采用电阻率最小的CuAl0.90Zn0.10S2靶材制备的相应薄膜为黄铜矿微晶结构。测试得出的Seebeck系数、Hall系数均为正值,表明薄膜具有p型导电类型。其最优化的薄膜电导率和载流子迁移率分别可以达到65.3 S·cm-1和5.7 cm2V-1S-1,可见光范围的平均透射率在60%以上。随着氩气压强的增大,薄膜电阻率呈凹形变化,载流子浓度呈凸形变化,而载流子迁移率则是先降低再上升。较高的基板温度对薄膜的光电性能以及结晶性的提高都有较大的帮助。烧蚀源电压的过小或者过大都不利于薄膜电阻率的降低,在-18kV左右制备出的薄膜电学性能最好。真空退火可以使薄膜的电阻率减小,而且退火温度越高、退火时间越长,薄膜电阻率就越低。本文所制备的薄膜二极管在电学测试中体现出二极管所特有的I-V特性曲线,开启电压在0.5V左右,-3到3V电压范围内的正反向电流比大于80。在可见光范围的平均透射率大于50%。基本满足透明半导体器件的光电性能要求,为后续的研究建立了良好的基础。

论文目录

• 目录
• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 前言
• 1.2 n型透明导电薄膜研究现状
• 1.3 p型透明导电薄膜研究现状
• 1.3.1 p型材料的选择标准
• 1.3.2 铜铁矿结构透明导电氧化物
• 2O₂材料'>1.3.3 SrCu₂O₂材料
• 1.3.4 氧硫族化合物
• 1.3.5 普通掺杂氧化物
• 1.4 透明电子器件
• 1.4.1 透明薄膜二极管
• 1.4.2 薄膜场效应晶体管
• 1.4.3 紫外发光二极管
• 1.4.4 透明传感器
• 1.5 透明导电薄膜的应用
• 1.5.1 平板显示器
• 1.5.2 薄膜太阳能电池
• 1.5.3 电致变色窗和镜
• 1.5.4 透明热反射膜
• 1.5.5 除雾除霜窗
• 1.5.6 电磁屏蔽窗
• 1.5.7 触摸屏
• 1.6 透明导电薄膜的制备方法
• 1.6.1 直流/射频磁控溅射法
• 1.6.2 激光脉冲沉积法
• 1.6.3 真空反应蒸发法
• 1.6.4 离子束沉积法
• 1.6.5 化学气相沉积法
• 1.6.6 溶胶凝胶法
• 1.6.7 喷雾热解法
• 1.7 本课题的研究内容及意义
• 2 薄膜制备及表征方法
• 2.1 薄膜制备方法——渠道火花烧蚀法
• 2.1.1 引言
• 2.1.2 烧蚀原理
• 2.1.3 渠道火花烧蚀方法原理及设备结构
• 2.1.4 渠道火花烧蚀方法的技术特点
• 2.2 表征方法及原理
• 2.2.1 薄膜厚度
• 2.2.2 薄膜电学测试
• 2.2.3 薄膜光学测试
• 2.2.4 薄膜的结构表征
• 3 p型氧化物靶材及其透明导电薄膜的研究
• 3.1 引言
• 3.2 p型导电氧化物靶材的制备
• 2O₂靶材的制备'>3.2.1 p型SrCu₂O₂靶材的制备
• 2靶材的制备'>3.2.2 p型CuAlO₂靶材的制备
• 2靶材的制备'>3.2.3 p-CuFeO₂靶材的制备
• 3.3 p型透明导电氧化物薄膜的制备
• 2O₂薄膜'>3.3.1 p型SrCu₂O₂薄膜
• 2薄膜'>3.3.2 p型CuAlO₂薄膜
• 2薄膜的制备'>3.3.3 p-CuFeO₂薄膜的制备
• 3.4 小结
• 2:Zn）靶材及薄膜的研究'>4 p型掺锌硫化铜铝（CuAlS₂:Zn）靶材及薄膜的研究
• 4.1 引言
• 4.2 实验方法
• 2:Zn）靶材的制备'>4.2.1 p型掺锌硫化铜铝（CuAlS₂:Zn）靶材的制备
• 2:Zn）透明导电薄膜的制备'>4.2.2 p型掺锌硫化铜铝（CuAlS₂:Zn）透明导电薄膜的制备
• 2:Zn）靶材的性能分析'>4.3 p型掺锌硫化铜铝（CuAlS₂:Zn）靶材的性能分析
• 4.3.1 掺锌硫化铜铝靶材的结晶性
• 4.3.2 掺锌硫化铜铝靶材的电学性质
• 2:Zn）透明导电薄膜的性能分析'>4.4 p型掺锌硫化铜铝（CuAlS₂:Zn）透明导电薄膜的性能分析
• 4.4.1 掺锌硫化铜铝透明导电薄膜的结晶性
• 4.4.2 掺锌硫化铜铝透明导电薄膜的电学性质
• 4.4.3 掺锌硫化铜铝透明导电薄膜的光学性质
• 4.4.4 掺锌硫化铜铝透明导电薄膜的表面形貌
• 4.5 小结
• 2:Zn-IWO）的研究'>5 透明薄膜二极管（CuAlS₂:Zn-IWO）的研究
• 5.1 引言
• 2:Zn-IWO）的制备'>5.2 透明薄膜二极管（CuAlS₂:Zn-IWO）的制备
• 2:Zn-IWO）性能分析'>5.3 透明薄膜二极管（CuAlS₂:Zn-IWO）性能分析
• 2:Zn-IWO）的电学性质'>5.3.1 透明薄膜二极管（CuAlS₂:Zn-IWO）的电学性质
• 2:Zn-IWO）的光学性质'>5.3.2 透明薄膜二极管（CuAlS₂:Zn-IWO）的光学性质
• 5.4 小结
• 6 全文结论
• 参考文献
• 致谢