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简论P型导电透明二氧化锡薄膜与其PN结制备和电大

收藏本文 2024-03-03 点赞:32259 浏览:145782 作者:网友投稿原创标记本站原创

摘要:透明导电氧化物(TCO)薄膜因为具有在可见光区透明和电阻率低的特性,被广泛的运用在各种光电器件中,如平面液晶显示器(LCD)、太阳能电池、节能视窗、半导体器件、热电/光电材料中。二氧化锡(Sn02)薄膜由于具有对紫外吸收系数大、可见光透光率高、化学性能稳定以及室温下抗酸碱能力强等优点,成为了运用最广泛的TCO薄膜之一。目前已投入运用的TCO薄膜大多为n型电子导电,p型空穴导电的TCO薄膜一直难有突破。如果能制备电学性能与n型TCO薄膜相匹配的p型导电薄膜,不仅能拓宽TCO薄膜的运用范围,还可以制备出透明pn结,成为光电子信息元器件领域的一项重大进步。依据半导体物理论述,通过浅能级掺杂受主元素可以使氧化物薄膜实现p型导电性能。在此论述基础之上,本论文总结已报道成果并改善,探讨了采取磁控溅射法对不同类型的靶材进行溅射,通过掺杂浅能级元素Sb制备p型导电透明SnO2:Sb (ATO)薄膜。通过制约溅射的工艺条件和对薄膜进行退火热处理,使Sn02晶格中Sb有效替代Sn原子位置,形成受主掺杂,以而使薄膜具有p型导电性能。实验发现,采取直流反应溅射合金靶,在氧气流量小于8sccm、衬底温度在200-250℃时,能够获得具有p型导电性能的ATO薄膜;当氧流量为4sccm,衬底温度200℃时,空穴浓度最高达到4.223×1019cm-3,电导率最高达到0.3973S·cm-1。采取射频溅射法,对高纯氧化物陶瓷靶进行溅射并热处理,比直流反应溅射法更易获得结晶良好、成分均匀、结构平整的p型导电ATO薄膜,热处理温度对薄膜的导电性能至关重要。射频沉积的ATO薄膜在氩气气氛中热处理后,形成金红石结构的Sn02晶体,可见光区的平均透过率在80%以上,且均为p型导电。其中在650℃热处理4小时的ATO薄膜具有最好的p型导电性能,相较于已报道的其它p型导电薄膜,空穴载流子浓度高出1-2个数量级,达到1.722×1020cm-3,电导率达到60.61S·cm-1。通过测试发现,热处理温度能影响受主掺杂效率和薄膜的结晶结构,进而影响薄膜的p型导电性能。此外,基于具有优良性能的p型导电ATO薄膜,与导电性能相匹配的n型ZnO:Al (AZO)薄膜制备的异质透明pn结,开路电压7.40V,无反向漏电电流,具有良好的整流特性。关键词:磁控溅射法论文ATO薄膜论文P型导电论文PN结论文

    摘要4-5

    Abstract5-9

    第1章 绪论9-23

    1.1 引言9

    1.2 TCO薄膜的进展9-13

    1.2.1 n型导电TCO薄膜的进展10-11

    1.2.2 p型导电TCO薄膜的进展11-13

    1.3 SnO_2薄膜的探讨进展13-16

    1.3.1 P型导电SnO_2薄膜的探讨进展14-16

    1.4 TCO薄膜的制备策略16-19

    1.4.1 磁控溅射法17-18

    1.4.2 喷雾热分解法18-19

    1.4.3 溶胶-凝胶法19

    1.5 PN结19-22

    1.5.1 PN结及其内建电场19-21

    1.5.2 TCO薄膜PN结21-22

    1.6 本课题的探讨目的及内容22-23

    第2章 实验23-30

    2.1 实验准备23-25

    2.1.1 金属和陶瓷靶材的制备23-24

    2.1.2 衬底的选择与清洗24-25

    2.2 磁控溅射制备ATO薄膜25-27

    2.2.1 磁控溅射原理25-26

    2.2.2 磁控溅射法制备ATO薄膜26

    2.2.3 磁控溅射工艺条件的影响26-27

    2.3 薄膜的热处理27

    2.4 ATO薄膜性能表征27-30

    2.4.1 薄膜晶体结构的表征27-28

    2.4.2 薄膜表面形貌、成分浅析和膜厚的测试28

    2.4.3 薄膜光学性能的测试28

    2.4.4 薄膜电学性能的测试28-30

    第3章 直流反应溅射P型导电ATO薄膜30-40

    3.1 引言30-31

    3.2 氧流量对p型ATO薄膜影响31-35

    3.2.1 不同氧气流量下直流反应溅射的薄膜电学性能31-33

    3.2.2 氧流量对薄膜导电性能的影响33-35

    3.3 衬底温度对p型ATO薄膜影响35-39

    3.3.1 不同衬底温度下直流反应溅射的薄膜电学性能36-37

    3.3.2 衬底温度对薄膜导电性能的影响37-39

    3.4 小结39-40

    第4章 石英基片射频溅射法制备P型导电ATO薄膜40-54

    4.1 引言40

    4.2 射频溅射法制备p型导电ATO薄膜40-41

    4.3 P型导电ATO薄膜的光学、电学性能41-43

    4.3.1 可见光区间透过率41-42

    4.3.2 Hall电学测试42-43

    4.4 P型导电ATO薄膜的结晶结构及形貌浅析43-46

    4.4.1 X射线衍射浅析43-45

    4.4.2 场发射扫描电镜(FESEM)浅析45-46

    4.5 P型导电ATO薄膜的组分和元素价态浅析46-51

    4.5.1 EDS浅析46-49

    4.5.2 XPS浅析49-51

    4.6 ATO薄膜导电性能的影响浅析51-53

    4.7 小结53-54

    第5章 P-ATO/N-AZO薄膜PN结的制备54-57

    第6章 结论57-58

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