碱金属、碱土金属掺杂CuAlO 2 光电性能的实验和理论研究
发布时间：2024-11-28 21:45
p型透明导电氧化物是半导体材料领域的研究热点之一。性能良好的p型透明导电氧化物薄膜是制备全透明光电器件的关键,如透明二极管、透明晶体管等。基于价带化学修饰理论,首先被发现的铜铁矿结构的p型CuAlO2是一个重大突破,因为它从本质上弱化了氧化物中氧离子对空穴载流子的强局域化作用。然而,过低的电导率,使得CuAlO2薄膜很难应用到光电器件上。因此,如何提高电导率是实现CuAl O2基全透明光电器件亟需解决的关键问题。掺杂是提高CuAl O2的p型电导率的一种有效方法。到目前为止,已有大量和CuAl O2掺杂有关的实验报道,但CuAlO2的电导率仍未超过20 S/cm。因为制备条件不同,CuAl O2薄膜的晶体质量也不一致,所以很难通过已有的实验报道确定最适合对CuAl O2进行掺杂的元素。而且,有些掺杂实验报道的结果之间还存在相互矛盾之处,实验结果的可靠性需要检验,这些问题若不解决对于后续的研究十分不利。近二十年来,得...
【文章页数】：121 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 透明导电氧化物的研究背景
1.2 价带化学修饰理论
1.3 CuAlO2的晶体结构和电子结构
1.3.1 CuAlO2的晶体结构
1.3.2 CuAlO2的电子结构
1.4 不同方法制备p型CuAlO2薄膜的研究进展
1.4.1 脉冲激光沉积
1.4.2 溅射法
1.4.3 化学气相沉积
1.4.4 纳米晶旋涂
1.4.5 溶胶凝胶法
1.5 CuAlO2薄膜目前存在的问题
1.5.1 生长条件苛刻
1.5.2 晶体质量难以提高
1.5.3 电导率和透光率提升存在竞争
1.6 本论文的选题依据和研究内容
第2章 CuAlO2薄膜的制备与表征方法
2.1 薄膜样品的制备方法
2.1.1 制备方法的选择
2.1.2 磁控溅射设备
2.1.3 磁控溅射原理
2.1.4 热退火设备
2.2 薄膜样品的表征方法
2.2.1 晶体结构分析
2.2.2 形貌分析
2.2.3 成分和元素价态分析
2.2.3.1 X射线光电子能谱
2.2.3.2 能量色散X射线光谱
2.2.4 Raman光谱
2.2.5 光学性能分析
2.2.5.1 紫外-可见吸收光谱
2.2.5.2 光致发光光谱
2.2.6 电学性能分析
第3章 Na掺杂对CuAlO2块体电学和光学性质的影响
3.1 引言
3.2 实验方法和理论模拟
3.2.1 实验制备过程
3.2.2 计算模型与方法
3.3 结果与讨论
3.3.1 实验结果与分析
3.3.1.1 结构和物相分析
3.3.1.2 组成成分和元素价态分析
3.3.1.3 形貌分析
3.3.1.4 光致发光分析
3.3.1.5 电学性能分析
3.3.2 第一性原理计算结果与分析
3.3.2.1 电子结构
3.3.2.2 光学性质
3.3.2.3 电子态密度
3.4 本章小结
第4章 碱土金属和氮掺杂CuAlO2的理论模拟
4.1 引言
4.2 第一性原理计算细节过程
4.3 结果与讨论
4.3.1 缺陷的形成能
4.3.1.1 缺陷形成能定义
4.3.1.2 确定元素化学势
4.3.1.3 缺陷形成能结果分析
4.3.2 晶体结构
4.3.3 电子结构
4.3.4 光学性质
4.4 本章小结
第5章 Mg掺杂对CuAlO2薄膜电学和光学性能的影响
5.1 引言
5.2 实验过程
5.2.1 固相反应合成CuAl1-xMgxO2靶材
5.2.2 磁控溅射法制备CuAl1-xMgxO2薄膜
5.3 结果与讨论
5.3.1 晶体结构
5.3.2 组成成分
5.3.3 表面和截面形貌
5.3.4 光学性质
5.3.5 电学性质
5.4 本章小结
第6章 基于p型CuAlO2的p-n异质结
6.1引言
6.2 实验过程
6.2.1 CuAl0.94Mg0.06O2/ZnO异质结的制备
6.2.2 Cu-Al-Mg-O/ZnO异质结的制备
6.2.3 ZnO/CuAl0.94Mg0.06O2异质结的制备
6.3 实验结果与讨论
6.3.1 晶体结构
6.3.2 光学性质
6.3.3 表面和截面形貌
6.3.4 电学性质
6.4 本章小结
第7章 结论与展望
7.1 结论
7.2 展望
参考文献
作者简介
在学期间取得的科研成果
致谢
本文编号：4012805
【文章页数】：121 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 透明导电氧化物的研究背景
1.2 价带化学修饰理论
1.3 CuAlO2的晶体结构和电子结构
1.3.1 CuAlO2的晶体结构
1.3.2 CuAlO2的电子结构
1.4 不同方法制备p型CuAlO2薄膜的研究进展
1.4.1 脉冲激光沉积
1.4.2 溅射法
1.4.3 化学气相沉积
1.4.4 纳米晶旋涂
1.4.5 溶胶凝胶法
1.5 CuAlO2薄膜目前存在的问题
1.5.1 生长条件苛刻
1.5.2 晶体质量难以提高
1.5.3 电导率和透光率提升存在竞争
1.6 本论文的选题依据和研究内容
第2章 CuAlO2薄膜的制备与表征方法
2.1 薄膜样品的制备方法
2.1.1 制备方法的选择
2.1.2 磁控溅射设备
2.1.3 磁控溅射原理
2.1.4 热退火设备
2.2 薄膜样品的表征方法
2.2.1 晶体结构分析
2.2.2 形貌分析
2.2.3 成分和元素价态分析
2.2.3.1 X射线光电子能谱
2.2.3.2 能量色散X射线光谱
2.2.4 Raman光谱
2.2.5 光学性能分析
2.2.5.1 紫外-可见吸收光谱
2.2.5.2 光致发光光谱
2.2.6 电学性能分析
第3章 Na掺杂对CuAlO2块体电学和光学性质的影响
3.1 引言
3.2 实验方法和理论模拟
3.2.1 实验制备过程
3.2.2 计算模型与方法
3.3 结果与讨论
3.3.1 实验结果与分析
3.3.1.1 结构和物相分析
3.3.1.2 组成成分和元素价态分析
3.3.1.3 形貌分析
3.3.1.4 光致发光分析
3.3.1.5 电学性能分析
3.3.2 第一性原理计算结果与分析
3.3.2.1 电子结构
3.3.2.2 光学性质
3.3.2.3 电子态密度
3.4 本章小结
第4章 碱土金属和氮掺杂CuAlO2的理论模拟
4.1 引言
4.2 第一性原理计算细节过程
4.3 结果与讨论
4.3.1 缺陷的形成能
4.3.1.1 缺陷形成能定义
4.3.1.2 确定元素化学势
4.3.1.3 缺陷形成能结果分析
4.3.2 晶体结构
4.3.3 电子结构
4.3.4 光学性质
4.4 本章小结
第5章 Mg掺杂对CuAlO2薄膜电学和光学性能的影响
5.1 引言
5.2 实验过程
5.2.1 固相反应合成CuAl1-xMgxO2靶材
5.2.2 磁控溅射法制备CuAl1-xMgxO2薄膜
5.3 结果与讨论
5.3.1 晶体结构
5.3.2 组成成分
5.3.3 表面和截面形貌
5.3.4 光学性质
5.3.5 电学性质
5.4 本章小结
第6章 基于p型CuAlO2的p-n异质结
6.1引言
6.2 实验过程
6.2.1 CuAl0.94Mg0.06O2/ZnO异质结的制备
6.2.2 Cu-Al-Mg-O/ZnO异质结的制备
6.2.3 ZnO/CuAl0.94Mg0.06O2异质结的制备
6.3 实验结果与讨论
6.3.1 晶体结构
6.3.2 光学性质
6.3.3 表面和截面形貌
6.3.4 电学性质
6.4 本章小结
第7章 结论与展望
7.1 结论
7.2 展望
参考文献
作者简介
在学期间取得的科研成果
致谢
本文编号：4012805
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/huaxue/4012805.html
教材专著
