钽掺杂二氧化钛薄膜的制备及其光电性能研究

论文摘要

本论文使用KrF准分子激光器（波长为248nm，频率为5Hz）作为光源，以Ta掺杂TiO2为靶材，在石英玻璃衬底上制备了Ta掺杂TiO2薄膜，在基底温度为300℃条件下成功制备Ta掺杂TiO2透明导电薄膜。X射线衍射（XRD）测试表明薄膜的晶相为锐钛矿结构，在经过真空退火（-104Pa）后，实验表明适量的掺杂（4mol.%Ta）可以降低具有N型导电特性Ta掺杂TiO2半导体薄膜的电阻率，通过调节激光能量密度,氧气分压和基底温度，真空退火（450℃-650℃）条件下，薄膜呈现锐钛矿结构，成为光电性能优越的透明导电薄膜，其电阻率为8.7-104·cm，载流子浓度为4.7×1021cm3，迁移率为1.19cm2v-1s-1，在可见光范围内透过率达到80%。这些结果表明Ta掺杂TiO2是一种具有很大潜力的透明导电氧化物。本论文的主要内容包括以下五个部分第一章，简单介绍了半导体物理基本知识，TiO2的物理性质，研究现状以及制备的方法。第二章，介绍了Ta掺杂TiO2靶材以及薄膜的制备，薄膜性能的表征实验方法。第三章，研究退火温度对Ta掺杂TiO2薄膜的晶体结构，电学性质，表面形貌以及光学特性的影响。第四章，制备了具有表面柱状结构的Ta掺杂TiO2薄膜,并研究了退火温度对表面形貌的影响。第五章，对本文的研究工作进行了总结，并基于目前的研究进展，对以后的研究进行了一定的展望。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 图表清单
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 半导体物理基础
• 1.2.1 半导体的能带
• 1.2.2 载流子的散射
• 1.2.3 费米能级和 Burstein-Moss 效应
• 1.3 TIO2薄膜的基本特性
• 2薄膜的结构特性'>1.3.1 TiO₂薄膜的结构特性
• 2薄膜的电学特性'>1.3.2 TiO₂薄膜的电学特性
• 2薄膜的光学特性'>1.3.3 TiO₂薄膜的光学特性
• 2薄膜的研究现状'>1.4 TIO₂薄膜的研究现状
• 2薄膜的制备方法'>1.5 TIO₂薄膜的制备方法
• 1.5.1 PLD 技术原理和物理过程
• 1.5.2 PLD 技术的特点
• 1.6 本文研究背景及内容
• 第二章 样品制备与性能表征实验方法
• 2.1 实验材料
• 2.1.1 靶材的制备与测试
• 2.1.2 实验材料的预处理
• 2.2 实验设备
• 2.3 实验方案
• 2.4 薄膜的结构和光电性能表征
• 2.4.1 原子力显微镜（AFM）
• 2.4.2 X 射线衍射 （XRD）
• 2.4.3 紫外/可见光分光光度计
• 2.4.4 霍尔测试系统
• 2.4.5 四探针测试仪
• 2.4.6 台阶仪
• 2.4.7 硬度测试仪
• 2.4.8 激光功率计
• 2薄膜的光电性能研究'>第三章 钽掺杂 TIO₂薄膜的光电性能研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验过程
• 3.3 结果与讨论
• 2薄膜结构的影响'>3.3.1 退火温度对 Ta- TiO₂薄膜结构的影响
• 2薄膜电学性质的影响'>3.3.2 退火温度对 Ta- TiO₂薄膜电学性质的影响
• 2薄膜表面形貌的影响'>3.3.3 退火温度对 Ta- TiO₂薄膜表面形貌的影响
• 2薄膜光学性质的影响'>3.3.4 退火温度对 Ta- TiO₂薄膜光学性质的影响
• 3.4 本章小结
• 第四章 钽掺杂 TIO2薄膜表面形貌的研究
• 4.1 引言
• 4.2 实验过程
• 2薄膜表面形貌的影响'>4.3 退火温度对 TA-TIO₂薄膜表面形貌的影响
• 4.4 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 5.1 总结
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文