p型Cu1-xNixO透明氧化物半导体薄膜的制备及性能分析

摘要

本文采用固态反应法成功制备了过渡金属氧化物CuO和NiO的混合物Cu1-xNixO靶材,并首次使用脉冲等离子体沉积方法(Pulsed Plasma Deposition,PPD)在普通玻璃衬底上制备了相应的Cu1-xNixO1+δ薄膜。对制备的靶材与薄膜,分别用Seebeck系数、表面轮廓仪、可见光分光光度计等设备方法测试其电学和光学性能,利用XRD、AFM、SEM等手段分析其结构和表面形貌。在分析测试的基础上完成了靶材成分优化设计,PPD工艺参数优化设计和退火处理对薄膜性能影响等方面的研究工作。
　　 采用固相反应法制备的一系列Cu1-xNixO靶材在室温下均为p型导电。XRD结果显示Cu1-xNixO靶材具有CuO和NiO的混合相。Cu1-xNixO靶材的电阻率随x的增大先减小后增大,在x＞0.9后又减小。靶材成分优化结果表明Cu0.95Ni0.05O靶材的电阻率最小,为256Ωcm。
　　 使用Cu0.95Ni0.05O靶材制备p型掺镍氧化铜TOS薄膜。研究发现氧气压强在2.6 pa～3.4 Pa范围内变化时薄膜电导率先增加后下降,提高工作电压有利于提高薄膜电导率,而变化工作电流对薄膜电导率影响不大。退火处理后薄膜的可见光平均透射率从65％提高到74％。在基板温度30℃、氧气压强3.0 Pa、工作电压-18 kV、工作电流4.5 mA、烧蚀时间20 min条件下制备的薄膜电导率最高,达到7.1 Scm-1,可见光透射率约为65％。
　　 使用Ni0.9CU0.1O靶材制备p型掺铜氧化镍TOS薄膜。研究发现氧气压强在2.6 Pa～3.4 Pa范围内变化时薄膜电导率随氧气压强增加而增大。退火处理后薄膜的可见光平均透射率从71％提高到85％。在基板温度30℃、氧气压强3.4 Pa、工作电压-18 kV、工作电流4.5 mA、烧蚀时间20 min条件下制备的Ni0.9Cu0.1O1+δ薄膜电导率最高,达到1.4 Scm-1,可见光透射率约为71％。
　　 研究结果表明,Cu1-xNixO(0≤x≤1)材料体系是一种新型的p型导电透明氧化物半导体材料,显示出相对良好的光学和电学性能,值得进一步研究和关注。