二氧化錫薄膜的結(jié)構(gòu)和光電性質(zhì)研究.pdf

1、SnO2薄膜具有透明導(dǎo)電的特性,作為透明電極材料被廣泛應(yīng)用于太陽能電池、平板顯示器、除冰除霧玻璃等方面。另一方面,SnO2薄膜由于具有氣敏、壓敏及熱敏方面的性能,在傳感器方面也有著很廣泛的應(yīng)用。作為直接帶隙寬禁帶半導(dǎo)體材料,SnO2具有較高的激子結(jié)合能(130meV),被認(rèn)為是制備紫外光電器件的理想候選材料。
　　本文通過射頻磁控濺射法,制備了未摻雜以及摻雜(摻雜元素為Mg或Al)的SnO2多晶薄膜。通過改變?yōu)R射時的基片溫度、氧分

2、壓等參數(shù),得到了不同系列的SnO2薄膜。我們對不同條件下制備的薄膜的晶體結(jié)構(gòu)、表面形貌以及光電性質(zhì)進(jìn)行了仔細(xì)的研究,分析了濺射條件對薄膜結(jié)構(gòu)和光電性質(zhì)的影響。
　　文中對在較大溫度范圍內(nèi)的SnO2薄膜電子輸運(yùn)性質(zhì)進(jìn)行了較為全面系統(tǒng)的研究,從高溫(~380K)到低溫(~2K)依次觀察到了熱激活、最近鄰躍遷、Mott變程躍遷以及ES變程躍遷導(dǎo)電過程。熱激活溫區(qū)的電子激活能約為30meV或100meV,與SnO2中氧空位形成的施主能級位

3、置相符,表明氧空位是SnO2本征n型導(dǎo)電性中載流子的主要來源。樣品在80K以下轉(zhuǎn)變?yōu)樽兂誊S遷導(dǎo)電。樣品中的無序度,Mott到ES變程躍遷的轉(zhuǎn)變溫度,以及費米能級處的態(tài)密度(不考慮電子相互作用)都隨制備時的氧分壓的增加而上升。
　　在樣品結(jié)構(gòu)方面的研究表明,通過控制濺射氣體中氧氣的含量,可以有效改變SnO2薄膜的擇優(yōu)取向、晶粒大小及表面形貌。在未摻雜的SnO2薄膜中,隨氧分壓的上升,薄膜依次出現(xiàn)(001)、(100)、(101)和(

4、211)擇優(yōu)生長方向,(001)和(100)取向的晶粒為四方形底面的金字塔形,(101)取向的晶粒為碎石子形,(211)取向的晶粒為三角形底面的金字塔形。隨氧分壓上升,晶粒尺寸逐漸變小,薄膜表面的粗糙度下降。摻雜后的SnO2薄膜隨氧分壓的增加擇優(yōu)取向發(fā)生從(101)方向到(301)方向的轉(zhuǎn)變,當(dāng)氧分壓高于10％薄膜均沿(301)方向取向生長。適當(dāng)提高氧分壓、基片溫度和濺射功率的均有助于薄膜的結(jié)晶和取向生長。
　　在光學(xué)方面,隨氧分