文档介绍：硕士学位论文
p 型透明导电氧化物 CuAlO2 薄膜的制备与
物性研究
PREPARATION AND PHYSICAL PROPERTIES
OF P-TYPE TRANSPARENT CONDUCTING
OXIDE CuAlO2 THIN FILM
赵凡贵
2009 年 6 月
国内图书分类号: 学校代码:10213
国际图书分类号: 538 密级:公开
理学硕士学位论文
p 型透明导电氧化物 CuAlO2 薄膜的制备与
物性研究
硕士研究生:赵凡贵
导师:杨彬教授
申请学位:理学硕士
学科、专业:凝聚态物理
所在单位:理学院
答辩日期:2009 年 6 月 29 日
授予学位单位:哈尔滨工业大学
Classified Index:
.: 538
Dissertation for the Master Degree in Science
PREPARATION AND PHYSICAL PROPERTIES
OF P-TYPE TRANSPARENT CONDUCTING
OXIDE CuAlO2 THIN FILM
Candidate: Zhao Fangui
Supervisor: Prof. Yang Bin
Academic Degree Applied for: Master of Science
Speciality: Condensate Matter Physics
Unit: Department of School of Science
Date of Oral Examination: June,2009
University: Harbin Institute of Technology
哈尔滨工业大学理学硕士学位论文
摘要
透明导电氧化物(TCO)具有高的电导率,同时在可见光范围内透明度
高,因此通过施主掺杂的 In2O3,ZnO 和 SnO2 等 TCO 材料已广泛应用于平板
显示器、太阳能电池的透明电极,以及透明薄膜晶体管和薄膜光电器件。其电
导率约达到了 104 S/cm 量级,但上述材料均为 n 型导电材料,而 p 型透明导电
氧化物材料非常少,且其电导率与 n 型 TCO 材料相比低 3-4 个数量级,因此难
以实现以 p-n 为基本结构的器件的实际应用。1997 年日本的 Kawazoe 教授首次
利用 PLD 方法制备出了具有铜铁矿结构的 p 型透明导电的 CuAlO2 薄膜,较显
著的提高了薄膜的电导率,这一成果推动了 p 型透明导电氧化物材料的发展。
如何进一步提高材料的 p 型电导率,改善其性质的重复性成为人们关注的
重要研究方向。我们对不同掺杂状态的 CuAlO2 陶瓷的制备及其性质进行了研
究,并利用不同的方法对 CuAlO2 薄膜的制备与性质做了初步探索。研究中我
们用 Cu2O、 Al2O3 粉末,通过传统的固相反应法制备陶瓷样品。XRD 结构分
析显示未掺杂 CuAlO2 靶材的所有的衍射峰都来自于 CuAlO2 相,属于 R-3m 空
间群,并没有发现来自 CuAl2O4、Cu2O 和 Al2O3 相的衍射峰。然后通过掺杂将
2+ 2+ 2+
二价金属元素如 Mg 、Ca 引入到 CuAlO2 结构中,XRD 结构分析显示 Mg 、
2+ 3+
Ca 取代了 CuAlO2 结构中的三价金属阳离子 Al 。利用双电测四探针测试仪研
究了陶瓷样品的电导率,结果表明其电导率相比未掺杂 CuAlO2 样品明显提
高,其中 1%CaO 和 1%MgO 掺杂 CuAlO2 靶材电导率提高了一个数量级。
3+ 3+
此外通过掺杂实现了 CuAlO2 结构中 Sc 对 Al 的取代,霍尔系数是正值说
明 Sc 掺杂的 CuAlO2 陶瓷是 p 型半导体材料,随掺杂比例提高载流子迁移率降
低,而载流子浓度先升高后降低,在二者共同影响下电导率先升高后降低。
利用 PLD 方法在蓝宝石衬底上成功制备出了 CuAlO2 薄膜,薄膜 XRD 结构
分析表明主要是 CuAlO2 相,且(110)面取向的峰较强。通过对比不同衬底温
度、不同氧气氛气压下薄膜的 XRD 图发现,衬底温度高于 500 oC、无氧气条件
时,更有利 CuAlO2 薄