论文部分内容阅读
二氧化锡(SnO2)是一种具有金红石结构的n型宽带隙氧化物半导体。它具有优异的光电性能，而且物理化学性质稳定，在薄膜太阳能电池、透明导电、气敏传感等多领域具有广泛的应用前景。透明高阻SnO2薄膜在以铜铟镓硒(CuInGaSe2，CIGS)为代表的高效率、低成本的薄膜太阳能电池缓冲层等领域的应用，近年来得到广泛关注。目前，具有透明高阻SnO2薄膜材料的生长仍然是个难题。本论文研究Bi掺杂SnO2薄膜的生长，通过Bi掺杂实现光学、电学性能调控，获得具有高可见光透过率、半绝缘SnO2薄膜。 本论文以金属Sn和Bi做为复合靶材，通过射频磁控反应溅射技术共溅射沉积制备出Bi掺杂SnO2(BTO)薄膜。通过X射线衍射(XRD)表明掺杂前后SnO2的晶体结构没有发生变化，X射线光电子能谱(XPS)研究表明Bi主要以Bi5+和部分Bi3+的形式替代Sn4+掺杂到SnO2晶格中。Bi掺杂SnO2薄膜的面电阻高达108～109Ω/□，远远高于非掺杂本征SnO2薄膜（～103Ω/□）。室温Hall测试表明，Bi掺杂SnO2薄膜仍为n型导电，Bi掺杂导致SnO2载流子浓度和迁移率均下降Bi掺杂SnO2薄膜仍然保持高光学透过率（可见光透过率高于85％），带隙大小基本保持不变。进一步的XPS价带谱研究表明，在SnO2价带顶以上大约1.5eV处，存在一个由于Bi掺杂产生的中间带，中间带作为电子“吸收存储池”，实现费米能级的钉扎，有效的降低了电子浓度。实验结果与其他的理论研究报道很好的吻合。 研究了Bi掺杂SnO2薄膜的光电导性能，在270-330nm波长紫外光照射下，BTO薄膜表现出优异的光电响应，电阻值变化率高于非掺杂SnO2薄膜。Bi掺杂SnO2薄膜在紫外探测器件等方面具有潜在应用价值。然而，Bi掺杂SnO2薄膜在光照撤去之后，电阻恢复缓慢，表现出持久性光电导效应，对持久性光电导现象进行初步解释。