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铜铁矿结构p型透明导电氧化物(Transparent Conducting Oxide.TCO)薄膜是一类在光电子学领域具有广泛应用前景的新材料,因其可与n-TCO薄膜形成真正意义上的“透明器件”而备受关注。在铜铁矿体系中,CuCrO2薄膜具有优良的光学和电学性质。采用真空方法制备的CuCrO2薄膜室温电导率约为1S·cm-1,掺5%Mg的CuCrO2薄膜的电导率高达220S·cm-1,是目前p-TCO中电导率最高的材料。考虑到真空方法制备薄膜的成本较高,不利于大规模生产,笔者针对国内外在CuCrO2薄膜方面的研究现状,结合溶胶-凝胶(sol-gel)法所具有的众多优点,特别是在工业化大规模生产中所具有的优势地位,开展了sol-gel法制备高质量p型CuCrO2薄膜的探索工作,并取得了预期的研究成果,可概括为以下几部分:
1.采用sol-gel法在Al2O3(0001)衬底上成功制备了铜铁矿结构CuCrO2薄膜。X射线衍射(X-ray diffraction,XRD)测试结果显示,sol-gel法制备的CuCrO2薄膜结晶非常好,且为高度c轴取向。
2.通过改变预烧温度、烧结气氛和温度等工艺参数,系统研究了制备工艺参数对CuCrO2薄膜结构、形貌和光学性质的影响,得到sol-gel法制备CuCrO2薄膜的最佳工艺,为后续研究提供了准确可靠的实验依据。
3.为了降低薄膜的电阻率,进行了sol-gel法制备CuCr1-xMgxO2(O≤x≤0.05)薄膜的研究。结果显示,CuCr1-xMgxO2(0≤x≤0.05)薄膜结晶良好,都为c轴取向,表面致密:掺杂后,薄膜的透过率比掺杂前有所下降,且吸收边向长波方向移动;室温下薄膜的电阻率比掺杂前有大幅降低,当掺杂量为4%时薄膜的电阻率最低,为10Ω·cm。