【摘 要】
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掺杂的氧化锌是一种很有潜力的透明导电薄膜,其中金属掺杂(如Al,Ga)的氧化锌被广泛研究,但是,高的载流子浓度降低其电阻率的同时也会降低薄膜的光透过率[1].非金属离子掺
【机 构】
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浙江大学材料科学与工程学系 浙江大学硅材料国家重点实验室 杭州 310027
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掺杂的氧化锌是一种很有潜力的透明导电薄膜,其中金属掺杂(如Al,Ga)的氧化锌被广泛研究,但是,高的载流子浓度降低其电阻率的同时也会降低薄膜的光透过率[1].非金属离子掺杂可以提高薄膜的迁移率而不会减弱光透过率,是一种优异的制备ZnO基透明导电薄膜的方法.F和H都是有效的非金属掺杂剂[2,3].我们通过氢等离子溅射方法将H掺入纯ZnO和F掺杂的ZnO(FZO)薄膜中.发现他们的迁移率分别增大到12.4(是未处理之前的的6倍)and 30.1 cm2V-1s-1(是未处理之前的2倍),而透过率没有变化.6个月后再次测试,发现它们的电学性质几乎没有任何变化,非常稳定.我们用后续退火和第一次原理计算来解释它们的高电学稳定性.发现了在纯的ZnO中,H占据氧空位处,作为一种浅施主是最稳定的.但是在FZO中,那些处于间隙位的H会被附近的F静电吸引,比占据氧空位的H更加稳定.我们把此种静电作用归结为一种类氢键.其具体形成原因是：电负性大的F会吸引H和F的共用电子对,使H成为一种几乎裸露的带有正电荷的质子,而此时的H就会吸引附近带有孤对电子的电负性的F,进而产生静电吸引作用.总之,我们通过实验和理论都证明了通过H处理掺入ZnO和FZO薄膜的H可以有效的提高其迁移率且非常稳定.
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