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透明导电氧化物(Transparent Conducting Oxides,TCOs)在透明半导体器件领域有非常广泛的应用前景,而p-TCOs作为p-n结型透明半导体器件的基本组成部分,材料极其匮乏,成为制约透明半导体器件发展的瓶颈。自从1997年Kawazoe报道了CuAlO2的透明p型导电性以来,Cu基和Ag基铜铁矿材料倍受关注。此外,研究发现CuAlO2具有室温臭氧传感特性和高热电性能,并有理论计算表明磁性离子掺杂的CuAlO2可能成为稀磁半导体,因此,高纯CuAlO2的制备和电输运性质的研究具有重要意义。
本论文主要开展了以下工作:
(1)采用溶胶-凝胶法成功制备了CuAlO2多晶块材,在制备过程中,使用机械球磨,细化了粉末的颗粒尺寸,增加了反应活性,促进了纯CuAlO2的生成。名义组分CuAlO2样品原子百分比Cu∶Al=0.96,部分偏离了化学计量。样品在制各过程中倾向于自发形成本征受主缺陷,呈p型导电性。
(2)对Cu1+xAlO2+y体系的制备和研究表明,铜铁矿结构CuAlO2允许金属阳离子偏离化学计量的范围很小。随着x的增大,材料的受主缺陷机制发生变化,材料的电导率和激活能也随之变化。
(3)采用脉冲激光溅射法(Pulsed Laser Deposition,PLD)制备CuAlO2薄膜时发现,基片温度低于600℃时,薄膜为非晶态。我们研究了异位退火对非晶态薄膜晶化的影响,发现薄膜晶化的异位退火温度为1100℃。