脉冲激光沉积法制备钽掺杂二氧化钛薄膜的研究

摘要

透明导电氧化物(TCO)薄膜凭借其优良的导电性和可见光透射率在太阳能电池、平面显示器件、反射热镜、透明PN结、气敏传感器以及透明电极等领域有着广范的应用前景。钽掺杂二氧化钛是一种近年来新发现的具有很大潜力的透明导电氧化物,人们对它的认识还远远不够,探索钽掺杂二氧化钛薄膜的制备工艺尤为重要。此外,之前对于钽掺杂二氧化钛薄膜的研究缺乏对其内部电输运机制的分析。本文采用脉冲激光沉积法( PLD)制备了钽掺杂二氧化钛(Ta:TiO2)薄膜,并详细研究了薄膜的结构、表面形貌、光学性质以及电输运性质。论文的主要内容和结论如下:
　　1.采用PLD方法在石英玻璃衬底上制备了钽掺杂TiO2薄膜。通过X射线衍射仪(XRD)、原子力显微镜(AFM)对Ta:TiO2薄膜的结构、形貌进行了测试表征与分析。试验表明,当沉积温度为300℃、激光能量密度为6.5J/cm2、重复频率为5Hz、氧压范围在0.3Pa-0.7Pa之间时,薄膜为(101)择优取向的锐钛矿多晶膜。所制得的薄膜峰谷之间的粗糙度都在10nm左右,符合工业上多种光电子器件的要求。
　　2.采用紫外可见光分光光度计测试了Ta:TiO2薄膜在可见光区域内的平均透射率,结果显示所制得的薄膜的可见光透过率都在80％左右,薄膜的透射峰随氧压的改变先后出现了红移和蓝移,是因为薄膜带隙发生了变化。
　　3.采用霍尔测试仪对Ta:TiO2薄膜的电性能进行了研究。结果表明Ta掺杂TiO2薄膜电阻率、载流子浓度以及霍尔迁移率对氧气分气压较为敏感。本试验中所制得的薄膜迁移率较低,原因是粒子和氧在接近衬底表面时撞击而产生了能量损失。
　　4.通过测量电阻率随温度的变化关系确定了薄膜内部的主要导电机制。在150K到210K温度范围内,热激发是主要的导电机制;而在10K到150K范围内,电导率随温度的变化符合Mott的多级变程跳跃模型(VRH);在210K到300K范围内,电阻率和exp(b/T)1/2呈正比,属于跳跃导电机制。

目录

封面

承诺书

中文摘要

英文摘要

目录

图表清单

注释表

第一章 绪论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 TCO 薄膜电输运性质和光学透过性机理

1.3 Ta:TiO2透明导电薄膜的研究进展

1.4 PLD法制备Ta:TiO2薄膜

1.5 本论文主要研究内容

第二章 Ta:TiO2薄膜的制备与表征

2.1引言

2.2实验设备

2.3试验过程

2.4 材料性能测试

第三章 Ta:TiO2薄膜结构及光学性能的研究

3.1 引言

3.2 Ta:TiO2薄膜生长机理和结构分析

3.3 Ta:TiO2薄膜表面分析

3.4 Ta:TiO2薄膜光学性能分析

3.5 本章小结

第四章 Ta:TiO2薄膜电输运性质的研究

4.1 引言

4.2 Ta:TiO2薄膜电学性能影响因素

4.3 Ta:TiO2薄膜在10-300K温度范围内的导电机制

4.4 本章小结

第五章 总结与展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文

攻读硕士学位期间发表（录用）论文情况