【摘 要】
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透明导电氧化物(TCO)薄膜是目前半导体材料领域研究热点之一。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,被广泛的应用在各种光电器件中,如平面液晶显示
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透明导电氧化物(TCO)薄膜是目前半导体材料领域研究热点之一。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,被广泛的应用在各种光电器件中,如平面液晶显示器(LCD)、节能视窗、半导体器件、热电/光电材料等。二氧化锡(SnO2)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,成为了应用最广泛的TCO薄膜之一。目前已投入应用的TCO薄膜大多为n型导电,光电性能良好的p型TCO薄膜的缺乏是透明电子器件难以制备的主要问题。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薄膜的应用范围,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。
依据半导体物理理论,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。在此理论基础之上,通过掺杂浅能级元素Sb制备p型导电透明SnO2∶Sb(ATO)薄膜。通过控制溅射的工艺条件和对薄膜进行退火热处理,使SnO2晶格中Sb有效替代Sn原子位置,形成受主掺杂,从而使薄膜具有p型导电性能。
本文对磁控溅射制备ATO薄膜的工艺进行了深入研究,在前人研究的基础上,采用了对SnO2∶Sb2O3=80%∶20%的高纯陶瓷靶进行射频磁控溅射的方法,尝试了多种热处理工艺,解决了ATO薄膜在热处理过程中会脱膜的问题,并比较不同热处理温度对薄膜各项性能的影响。
实验结果表明:(1)对高质量的陶瓷靶材采用磁控溅射法沉积制得的ATO薄膜,部分薄膜已呈现p型导电性能,证明在对靶材溅射沉积薄膜的过程中,已经有大量Sb3+进入SnO2晶格中,占据了Sn4+的位置,产生了大量空穴,但也有部分薄膜呈n型导电,证明磁控溅射工艺溅射所得的ATO薄膜性能并不稳定。(2)热处理对ATO薄膜的导电性能有较好的改善作用,经过热处理的薄膜,晶体更加细小均匀、更加致密,500℃~700℃热处理的薄膜具有稳定的p型导电特性,在500℃热处理的薄膜具有最佳的P型导电性能,载流子浓度达到1.19×1021cm-3,霍尔迁移率为0.1 cm2·V-1·s-1,电阻率为4.12×10-2Ω·cm,载流子浓度比前人得到的最大浓度要高出一个数量级。
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