CuCrO2薄膜的制备与性质研究

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宽禁带n型与p型导电氧化物半导体即透明导电氧化物（TCO）已广泛应用于太阳能电池的窗口层、平板显示器、低辐射窗、触摸屏、飞机和冰箱的除霜窗口、气体传感器、抗静电涂料等领域。到目前为止，大多数的TCO材料均为n型，而对p型的报道很少。1997年Kawazoe等第一次报道了关于铜铁矿结构的CuAlO2薄膜为p-TCO，由此掀起了对铜铁矿结构材料的关注，Tate等报道的CuCrO2通过在Cr位掺杂5%的Mg将电导率提高到220Scm-1，但是它的可见光透过率只有40%左右。目前Mg掺杂的CuCrO2薄膜的光电性能都得到了广泛的提高，在此基础上透明的p-n结也有相继的报道，如：CuAlO2/ZnO,CuYO2/i-ZnO/ITO及p-CuCrO2: Mg/n-ZnO等。本文采用化学溶液法（CSD）成功制备了单相的CuCrO2多晶块体，通过比较实验的形貌结果可以看出CuCrO2多晶块体具有明显的层状生长的特性。适量的Mg掺杂有效的降低了多晶块体材料的结晶温度，结晶的温度得到改善，为制备低温生长薄膜打下实验基础。在经过相同温度条件的处理后，通过比较样品的形貌特征可以看出，随着Mg掺杂浓度的增加，块体材料的结晶度退化，颗粒变得细小。并通过化学溶液法在单晶氧化铝衬底上成功制备了不同Mg掺杂浓度的CuCrO2薄膜。通过改变温度参数制备了c轴高度择优取向的CuCrO2薄膜，并分析了Mg掺杂浓度对薄膜的结构、形貌及光电性能的影响。较高透明度（70%）的Mg掺杂CuCrO2薄膜显示为p型导电和半导体的电输运行为特征。本实验结果中，当掺杂5%Mg时薄膜的电阻率最低达到7.34Ω?cm，直接带隙大约为3.11eV。并通过建立多晶薄膜的晶界散射的导电机制，解释了薄膜电阻率变化的特点。为制备性能优良的薄膜，本文还探索了用脉冲激光沉积法（PLD）在Si（111）、氧化铝、ITO/glass、石英及普通玻璃等不同衬底上生长CuCrO2薄膜，并研究了不同衬底所诱导的应变对CuCrO2结构及光电性能的影响。当不同的衬底所产生的应变增大时，薄膜晶粒大小有减小趋势。对于ITO/glass、氧化铝、石英及玻璃对应薄膜的直接带隙分别为3.15eV,3.08eV,3.1eV和3.06eV，结果显示ITO所对应的直接带隙最大，并理论计算其晶界势垒约为39meV，这为制备CuCrO2/ITO/glass等光电器件提供了可能。

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第一章绪论

1.1 引言

1.2 Cu 基 P-TCO 的研究进展

2的晶体结构'>1.3 CuCrO₂的晶体结构

1.4 透明 p n 结的研究进展

1.5 本课题的主要内容与意义

第二章样品的制备与表征方法

2.1 薄膜制备方法简介

2.1.1 磁控溅射法

2.1.2 分子束外延

2.1.3 化学气相沉积

2.1.4 电子束蒸发

2.1.5 脉冲激光沉积（PLD）

2.1.6 化学溶液法

2.2 样品的表征与物性测试

2.2.1 样品的结构与物相测试

2.2.2 样品的厚度与形貌测试

2.2.3 样品的光学性能测试

2.2.4 样品的电学性能测试

2.2.5 样品的磁学性能测试

2.3 本章总结

2靶材的制备与表征'>第三章 CuCrO₂靶材的制备与表征

3.1 引言

2靶材的制备工艺'>3.2 CuCrO₂靶材的制备工艺

2靶材和 Mg 掺杂 CuCrO₂靶材的结构与形貌分析'>3.3 CuCrO₂靶材和 Mg 掺杂 CuCrO₂靶材的结构与形貌分析

3.4 本章总结

第四章化学溶液法 CuCrO2薄膜的制备与性能研究

4.1 引言

2薄膜的工艺'>4.2 化学溶液法制备 CuCrO₂薄膜的工艺

2薄膜的结构与物性的影响'>4.3 不同退火温度对 CuCrO₂薄膜的结构与物性的影响

2薄膜的结构与物相分析'>4.3.1 CuCrO₂薄膜的结构与物相分析

2薄膜的光学性能分析'>4.3.2 CuCrO₂薄膜的光学性能分析

2薄膜的电学性能分析'>4.3.3 CuCrO₂薄膜的电学性能分析

2薄膜的结构特性的影响'>4.4 Mg 掺杂浓度对 CuCrO₂薄膜的结构特性的影响

2薄膜的结构与物相分析'>4.4.1 Mg 掺杂 CuCrO₂薄膜的结构与物相分析

2薄膜的光学性能分析'>4.4.2 Mg 掺杂 CuCrO₂薄膜的光学性能分析

2薄膜的电学性能分析'>4.4.3 Mg 掺杂 CuCrO₂薄膜的电学性能分析

4.5 本章总结

2薄膜与性能研究'>第五章 PLD 制备 CuCrO₂薄膜与性能研究

5.1 引言

2薄膜与物性的影响'>5.2 不同的衬底对 CuCrO₂薄膜与物性的影响

2薄膜的结构与物相分析'>5.2.1 CuCrO₂薄膜的结构与物相分析

2薄膜的光学性能分析'>5.2.2 CuCrO₂薄膜的光学性能分析

2薄膜的电学性能分析'>5.2.3 CuCrO₂薄膜的电学性能分析

5.3 本章总结

总结与展望

1 总结

2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间主要的研究成果

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