Y掺杂CdO薄膜的性能研究
发布时间：2020-06-16 13:29
【摘要】：透明导电氧化物(TCO)材料由于可以同时具有很高的电导率和从可见光到近红外波段的透光性得到广泛的应用。近年来由于光伏器件和显示屏等方面的快速发展,传统的透明导电氧化物材料已经不能满足需求。相比于传统的TCO材料,CdO薄膜有更高的电导率(1×104S/cm)和迁移率(100cm~2/Vs),而且载流子浓度大于10~(21)/cm~3。但是CdO薄膜的本征带隙只有2.2eV,这一特性严重限制了 CdO薄膜的在紫外波段的透光性。为了解决这个问题,可以将金属元素掺杂入CdO薄膜中,通过Burstein-Moss效应来调整其带隙的大小。我们首先通过射频溅射法制备了 Y掺杂的CdO薄膜,并对不同Y掺杂浓度的薄膜性能以及快速退火对薄膜性能的影响进行了研究。我们还制备了 In和Y共掺杂的CdO薄膜,对其性能和退火对共掺杂薄膜的影响进行了研究。通过射频溅射法制备的Y掺杂CdO薄膜都是立方岩盐CdO相,Y在CdO晶格中取代Cd离子的位点,提供一个自由电子给导带,使薄膜的载流子浓度上升。薄膜在可见光及近红外区域的平均透过率在75%-95%,掺杂浓度9%的薄膜光学带隙3.09eV,本征带隙增加了 0.4eV。9%掺杂的薄膜载流子浓度下降是由于Y有原子态Y和Y3+两种存在形式,薄膜迁移率快速下降主要是Y的局域d态与CdO的导带之间的反键相互作用所导致。退火后载流子浓度快速增加,电阻率降低。1.4%掺杂的薄膜在500℃退火后,有122cm~2/Ns的高迁移率和1.5×10~(-4)Ω·cm的低电阻率。在退火过程中薄膜平均晶粒尺寸增大,减少了晶粒边界的散射,薄膜迁移率增加。In和Y的共掺杂能有效地提高薄膜的载流子浓度至10~(21)/cm~3,同时电阻率在10~(-4)Ω·cm。In_2O_3靶溅射功率10W时,薄膜载流子浓度n～8.66×10220/cm~3,迁移率 μ～52.3cm~2/Vs,电阻率 ρ～1.36×10~(-4)·cm,500℃退火后,载流子浓度～10~(21)/cm~3,迁移率、电导率也略微上升。Y的掺杂能有效地提高CdO薄膜的性能和光学带隙,掺杂浓度2.4%的CYO薄膜在退火温度500℃时退火一分钟,其载流子浓度n～6.3×10~(20)/cm~3,迁移率μ～75cm~2/Vs,电阻率ρ～1.3×10~(-4)·cm,这可以与商业用的透明导电氧化物材料ITO的导电性相媲美。
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB383.2;TQ132.44
【图文】：
在岩盐氧化物中，例如氧化镉（ＣｄＯ），阳离子插入位点也可以作逡逑为施主１９］。逡逑图１．１［１（）］介绍了工业相关的透明导电氧化物电阻率的历史概况。改进了这些逡逑材料的掺杂和生长参数之后，电阻率下降了很多，但只有近几年才有研宄电阻逡逑率低于１０＿５Ｑ＿ｃｍ，故而对氧化镉进行掺杂得到了广泛的关注［Ｕ＿Ｍ，５］。逡逑１０２邋ｐ逦Ｉ逦Ｉ逦Ｉ逦Ｉ邋：逡逑＂邋Ｄｏｐｅｄ邋Ｓｎ０２逦■逡逑广逦■逦Ｄｏｐｅｄ邋ＺｎＯ逡逑－１０＂３邋ｒｎＤ邋ｚ邋％邋ｉ逡逑￡逦：逦Ａ邋Ｄ邋＊＞邋□邋？ｍｅｎ邋ｇｎ邋＾逦；逡逑ｆ邋：；邋４＃４逦Ａ逦：逡逑Ｉｉ0－４ｒ邋／逦ｉ逡逑■邋Ｄｏｐｅｄ邋ｌｎ２０３逦？邋？逦■逡逑－邋Ｋ邋２邋３逦Ｄｏｐｅｄ邋ＣｄＯ邋＾逡逑？邋？；逡逑ｉ0５邋Ｌ逦１逦１逦１逦１—逡逑１９７０逦１９８０逦１９９０逦２０００逦２０１０逡逑Ｙｅａｒ逡逑图１．１邋１９７０年至今透明导电氧化物的电阻率变化［５＿邋ｌｌＭｆｌ逡逑对透明导电氧化物掺杂的方法就是替换阳离子或者阴离子。掺杂进去的替逡逑换离子可以使电导率提升好几个数量级，如铝在氧化锌中，锡在氧化铟中，但逡逑由于典型的透明导电氧化物的电子迁移率很低（ＡＺＯ，ＩＴＯ？５０邋ｃｍ２／Ｖｓ），通常逡逑需要重掺杂。载流子浓度需要达到１０２ｌｃｍ＇３的量级来满足电阻率１０＿４N希悖怼钡腻义弦蟆Ｔ诟卟粼铀较拢缁钚院芨撸菊鞯闳毕菔侵饕氖芴澹钩チ瞬迦脲义辖サ睦胱樱拗屏嗽亓髯优ǘ鹊淖畲笾怠Ｕ飧鲂形钪站龆送该鞯嫉缪趸义衔锏牟粼酉蕖Ｕ庑┎钩ト毕萦捎诘缋朐又噬⑸浠峤档妥艿那ㄒ坡
本文编号：2716110
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB383.2;TQ132.44
【图文】：
在岩盐氧化物中，例如氧化镉（ＣｄＯ），阳离子插入位点也可以作逡逑为施主１９］。逡逑图１．１［１（）］介绍了工业相关的透明导电氧化物电阻率的历史概况。改进了这些逡逑材料的掺杂和生长参数之后，电阻率下降了很多，但只有近几年才有研宄电阻逡逑率低于１０＿５Ｑ＿ｃｍ，故而对氧化镉进行掺杂得到了广泛的关注［Ｕ＿Ｍ，５］。逡逑１０２邋ｐ逦Ｉ逦Ｉ逦Ｉ逦Ｉ邋：逡逑＂邋Ｄｏｐｅｄ邋Ｓｎ０２逦■逡逑广逦■逦Ｄｏｐｅｄ邋ＺｎＯ逡逑－１０＂３邋ｒｎＤ邋ｚ邋％邋ｉ逡逑￡逦：逦Ａ邋Ｄ邋＊＞邋□邋？ｍｅｎ邋ｇｎ邋＾逦；逡逑ｆ邋：；邋４＃４逦Ａ逦：逡逑Ｉｉ0－４ｒ邋／逦ｉ逡逑■邋Ｄｏｐｅｄ邋ｌｎ２０３逦？邋？逦■逡逑－邋Ｋ邋２邋３逦Ｄｏｐｅｄ邋ＣｄＯ邋＾逡逑？邋？；逡逑ｉ0５邋Ｌ逦１逦１逦１逦１—逡逑１９７０逦１９８０逦１９９０逦２０００逦２０１０逡逑Ｙｅａｒ逡逑图１．１邋１９７０年至今透明导电氧化物的电阻率变化［５＿邋ｌｌＭｆｌ逡逑对透明导电氧化物掺杂的方法就是替换阳离子或者阴离子。掺杂进去的替逡逑换离子可以使电导率提升好几个数量级，如铝在氧化锌中，锡在氧化铟中，但逡逑由于典型的透明导电氧化物的电子迁移率很低（ＡＺＯ，ＩＴＯ？５０邋ｃｍ２／Ｖｓ），通常逡逑需要重掺杂。载流子浓度需要达到１０２ｌｃｍ＇３的量级来满足电阻率１０＿４N希悖怼钡腻义弦蟆Ｔ诟卟粼铀较拢缁钚院芨撸菊鞯闳毕菔侵饕氖芴澹钩チ瞬迦脲义辖サ睦胱樱拗屏嗽亓髯优ǘ鹊淖畲笾怠Ｕ飧鲂形钪站龆送该鞯嫉缪趸义衔锏牟粼酉蕖Ｕ庑┎钩ト毕萦捎诘缋朐又噬⑸浠峤档妥艿那ㄒ坡
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