p型透明导电Cu-Al-O薄膜的制备与光电性能研究

论文摘要

CuAlO2（CAO）p型透明导电薄膜是1997年Kawazoe等人基于价带化学修饰（CMVB）理论,首次制备出的铜铁矿结构p型直接带隙透明氧化物薄膜。它的成功开发为实现半导体全透明光电器件,如透明二极管、透明晶体管提供了可能性,也推动了传统意义上透明导电氧化物（TCO）薄膜到透明氧化物半导体（TOS）薄膜的发展。CuAlO2已经成为当前透明导电薄膜领域的研究热点之一。本文采用Cu靶和Al靶直流共溅射法制备出p型透明导电Cu-Al-O薄膜,用原子力显微镜（AFM）、X射线衍射（XRD）仪、四探针测量仪、紫外-可见分光光度计等测试手段对沉积的薄膜进行了表征和分析。研究了退火温度、氧氩比和溅射功率对薄膜光电特性的影响。XRD分析表明,制备的Cu-Al-O薄膜为多晶结构,适当的退火处理能使其结晶度提高。AFM表明,样品表面较平整,粗糙度较小,且晶粒较致密。XPS分析表明:Cu元素主要是以+1价的形式存在;Al元素仅是以+3价的形式存在,与CAO中Cu,Al价态吻合。薄膜的电学性能分析结果表明,Cu-Al-O薄膜的电阻率受退火温度、氧氩比和Al靶溅射功率的影响较大。随着退火温度和氧氩比的升高,电阻率减小。随着Al靶溅射功率的增大,电阻率先减小后增大。薄膜的光谱分析结果表明:薄膜样品的可见光透过率可达72%,随着氧氩比和Al靶溅射功率的增大,薄膜的透过率逐渐增大。计算结果显示薄膜的光学带隙在3.0-3.8 eV范围内变化。根据对Cu-Al-O薄膜的组织结构和光电性质的研究,得出了双靶直流共溅射法制备Cu-Al-O薄膜的最佳工艺条件为:氧氩比2:3,衬底温度300℃,工作压强3 Pa,溅射功率Cu靶:20 W,Al靶:60 W,退火温度1000℃。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.1.1 透明导电氧化物研究背景
• 1.1.2 p型透明导电薄膜研究现状
• 2的理论分析和结构'>1.2 p型透明导电铜铁矿CuAlO₂的理论分析和结构
• 2的理论分析'>1.2.1 p型透明导电铜铁矿CuAlO₂的理论分析
• 2的结构'>1.2.2 p型透明导电铜铁矿CuAlO₂的结构
• 2薄膜的材料特性'>1.3 CuAlO₂薄膜的材料特性
• 2薄膜的电学性能'>1.3.1 CuAlO₂薄膜的电学性能
• 2薄膜的光学性能'>1.3.2 CuAlO₂薄膜的光学性能
• 2薄膜的热电性能'>1.3.3 CuAlO₂薄膜的热电性能
• 2薄膜的其它性质'>1.3.4 CuAlO₂薄膜的其它性质
• 2薄膜的制备方法'>1.4 CuAlO₂薄膜的制备方法
• 1.4.1 脉冲激光沉积（PLD）法
• 1.4.2 化学气相沉积（CVD）法
• 1.4.3 溅射法
• 1.4.4 溶液法
• 2薄膜的应用前景'>1.5 CuAlO₂薄膜的应用前景
• 2的掺杂和p-n结的制作'>1.5.1 CuAlO₂的掺杂和p-n结的制作
• 2制作透明太阳光电板'>1.5.2 利用CuAlO₂制作透明太阳光电板
• 1.5.3 臭氧传感器
• 1.6 本论文的研究内容及结构
• 第二章 Cu-Al-O薄膜的制备及表征方法
• 2.1 实验设备及原理
• 2.1.1 实验设备介绍
• 2.1.2 磁控溅射基本原理
• 2.2 Cu-Al-O薄膜的制备
• 2.3 Cu-Al-O薄膜的表征方法
• 2.3.1 晶体结构的表征方法
• 2.3.2 表面形貌的测试方法
• 2.3.3 薄膜的成分及各元素化学态的测试
• 2.3.4 薄膜的光谱测试
• 2.3.5 薄膜的电学性能测量
• 第三章 Cu-Al-O薄膜的组织结构与电学性能
• 3.1 Cu-Al-O薄膜的成分及化学态
• 3.2 退火处理对薄膜结构和电学性能的影响
• 3.2.1 表面形貌
• 3.2.2 XRD分析
• 3.2.3 电学性能
• 3.3 氧氩比对薄膜结构和电学性能的影响
• 3.3.1 表面形貌
• 3.3.2 XRD分析
• 3.3.3 电学性能
• 3.4 Cu/Al溅射功率对薄膜结构和电学性能的影响
• 3.4.1 表面形貌
• 3.4.2 XRD分析
• 3.4.3 电学性能
• 3.5 本章小结
• 第四章 Cu-Al-O薄膜的光学性能
• 4.1 薄膜光学带隙的计算方法
• 4.2 衬底温度对薄膜光学性能的影响
• 4.3 氧氩比对薄膜对薄膜光学性能的影响
• 4.4 溅射功率对薄膜光学性能的影响
• 4.5 本章小结
• 第五章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 后续工作的展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间所发表的论文