CuCrO2薄膜的制备与性质研究

来源 :上海师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:ZhangQin520
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宽禁带n型与p型导电氧化物半导体即透明导电氧化物(TCO)已广泛应用于太阳能电池的窗口层、平板显示器、低辐射窗、触摸屏、飞机和冰箱的除霜窗口、气体传感器、抗静电涂料等领域。到目前为止,大多数的TCO材料均为n型,而对p型的报道很少。1997年Kawazoe等第一次报道了关于铜铁矿结构的CuAlO2薄膜为p-TCO,由此掀起了对铜铁矿结构材料的关注,Tate等报道的CuCrO2通过在Cr位掺杂5%的Mg将电导率提高到220Scm-1,但是它的可见光透过率只有40%左右。目前Mg掺杂的CuCrO2薄膜的光电性能都得到了广泛的提高,在此基础上透明的p-n结也有相继的报道,如:CuAlO2/ZnO,CuYO2/i-ZnO/ITO及p-CuCrO2: Mg/n-ZnO等。本文采用化学溶液法(CSD)成功制备了单相的CuCrO2多晶块体,通过比较实验的形貌结果可以看出CuCrO2多晶块体具有明显的层状生长的特性。适量的Mg掺杂有效的降低了多晶块体材料的结晶温度,结晶的温度得到改善,为制备低温生长薄膜打下实验基础。在经过相同温度条件的处理后,通过比较样品的形貌特征可以看出,随着Mg掺杂浓度的增加,块体材料的结晶度退化,颗粒变得细小。并通过化学溶液法在单晶氧化铝衬底上成功制备了不同Mg掺杂浓度的CuCrO2薄膜。通过改变温度参数制备了c轴高度择优取向的CuCrO2薄膜,并分析了Mg掺杂浓度对薄膜的结构、形貌及光电性能的影响。较高透明度(70%)的Mg掺杂CuCrO2薄膜显示为p型导电和半导体的电输运行为特征。本实验结果中,当掺杂5%Mg时薄膜的电阻率最低达到7.34Ω?cm,直接带隙大约为3.11eV。并通过建立多晶薄膜的晶界散射的导电机制,解释了薄膜电阻率变化的特点。为制备性能优良的薄膜,本文还探索了用脉冲激光沉积法(PLD)在Si(111)、氧化铝、ITO/glass、石英及普通玻璃等不同衬底上生长CuCrO2薄膜,并研究了不同衬底所诱导的应变对CuCrO2结构及光电性能的影响。当不同的衬底所产生的应变增大时,薄膜晶粒大小有减小趋势。对于ITO/glass、氧化铝、石英及玻璃对应薄膜的直接带隙分别为3.15eV,3.08eV,3.1eV和3.06eV,结果显示ITO所对应的直接带隙最大,并理论计算其晶界势垒约为39meV,这为制备CuCrO2/ITO/glass等光电器件提供了可能。
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