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生长条件对脉冲激光沉积制备ZnO:Al薄膜光电性能的影响

韩军 张鹏 巩海波 杨晓朋 邱智文 自敏 曹丙强

生长条件对脉冲激光沉积制备ZnO:Al薄膜光电性能的影响

韩军, 张鹏, 巩海波, 杨晓朋, 邱智文, 自敏, 曹丙强
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  • 本文研究了脉冲激光沉积(PLD)生长过程中, 铝掺量、氧压及衬底温度等实验参数对ZnO:Al(AZO)薄膜生长的影响, 并利用扫描电子显微镜、原子力显微镜、X射线衍射、霍尔效应、光透射光谱等实验手段对其透明导电性能进行了探讨. 变温霍尔效应和光透射测量表明, 当靶材中铝掺量大于0.5 wt%时, 所制备AZO薄膜中铝施主在80 K时已完全电离, 因Bernstein-Moss (BM) 效应其带隙变大, 均为重掺杂简并半导体. 进一步系统研究了氧压和衬底温度对AZO薄膜透明导电性能的影响, 实验发现当氧压为1 Pa, 衬底温度为200 ℃时, AZO 导电性能最好, 其霍尔迁移率为28.8 cm2/V·s, 薄膜电阻率最小可达2.7×10-4 Ω·cm, 且在可见光范围内光透过率超过了85%. 氧压和温度的增加, 都会导致薄膜电阻率变大.
    • 基金项目: 国家自然科学基金 (批准号: 11174112, 51002065)、山东省泰山学者基金 (批准号: TSHW20091007)、教育部新世纪优秀人才支持计划 (批准号: NCET-11-1027)和山东省杰出青年基金资助(批准号: JQ201214)资助的课题.
    [1]

    Granqvist G C 2007 Sol. Energy Mater. Sol. Cells 91 1529

    [2]

    Fortunato E, Ginley D, Hosono H, Paine C D 2007 MRS Bull. 32 242

    [3]

    Lewis B G, Paine D C 2000 MRS Bull. 25 22

    [4]

    Minami T 2008 Thin Solid Films 516 5822

    [5]

    Cao L,Zhun L P, Jiang J, Zhao R, Ye Z Z, Zhao B H 2011 Sol. Energy Mater. Sol. Cells 5 894

    [6]

    Gondoni P, Ghidell M, Fonzo F D, Russo V, Bruno P, Martí-Rujas J, Bottani E C, Bassi L A, Casari S C 2012 Thin Solid Films 520 4707

    [7]

    Chen Z Q, Liu M H, Liu Y P, Chen W, Luo Z Q, Hu X W 2009 Acta Phys. Sin. 58 4260 (in Chinese) [陈兆权, 刘明海, 刘玉萍, 陈伟, 罗志清, 胡希伟 2009 物理学报 58 4260]

    [8]

    Ellmer K 2001 J. Phys. D 34 3097

    [9]

    Bao S Y, Dong W J, Xu X, Luan T B, Li J, Zhang Q Y 2011 Acta Phys. Sin. 60 036804 (in Chinese) [鲍善永, 董武军, 徐兴, 栾田宝, 李杰, 张庆瑜 2011 物理学报 60 036804]

    [10]

    Yano M, Ogata K,Yan F P, Koki K, Sasa S, Inoue M 2003 Mater. Res. Soc. Symp. Proc. 744 M3.1.1

    [11]

    Agura H, Suzuki A, Matsushita T, Aoki T, Masahiro, Okuda M 2003 Thin Solid Films 445 263

    [12]

    Agashe C, KluthO, Hupkes J, Zastrow U, Rech B, Wuttig M 2004 J. Appl. Phys. 95 1911

    [13]

    Mridha S, Basakk D 2007 J. Phys. D Appl. Phys. 40 6902

    [14]

    Chen C, Ji Y, Gao X Y, Zhao M K, Ma J M, Zhang Z Y, Lu J X 2012 Acta Phys. Sin. 61 036104 (in Chinese) [陈超, 冀勇, 郜小勇, 赵孟珂, 马姣民, 张增院, 卢景霄 2012 物理学报 61 036104]

    [15]

    Li L N, Chen X L, Wang F, Sun J, Zhang D K, Geng X H, Zhao Y 2011 Acta Phys. Sin. 60 067304 (in Chinese) [李林娜, 陈新亮, 王斐, 孙建, 张德坤, 耿新华, 赵颖 2012 物理学报 60 067304]

    [16]

    Chen D, L J G, Huang J Y, Jin Y Z, Zhang H X, Ye Z Z 2013 J. Inorg. Mater. 28 649 (in Chinese) [陈丹, 吕建国, 黄靖云, 金豫浙,张昊翔, 叶志镇 2013 无机材料学报 28 649]

    [17]

    Wang G H, Zhao L, Yan B J, Chen J W, Wang G, Diao H W, Wang W J 2013 Chin. Phys. B 22 068102

    [18]

    Zhang C, Chen X L, Wang F, Yan C B, Huang Q, ZhaoY, Zhang X D, Geng X H 2012 Acta Phys. Sin. 61 238101 (in Chinese) [张翅, 陈新亮, 王斐, 闰聪博, 黄茜, 赵颖, 张晓丹, 耿新华 2012 物理学报 61 238101]

    [19]

    Li Y, Tompa G S, Liang S, Gorla C, Lu Y, Doyle J 1997 J. Vac. Sci. Technol. A 15 1063

    [20]

    Singh V A, Mehra M R, Buthrath N, Wakahara A, Yoshida A 2001 J. Appl. Phys. 90 5661

    [21]

    Park S M, Kegami T I, Ebihara K 2005 Jpn. J. Appl. Phys. 44 8027

    [22]

    Gondoni P,Ghidelli M, Russo V, Bruno P, Martí-Rujas J, Bottani C E, Bassi A L, Casari S C 2012 Thin Solid Films 520 4707

    [23]

    Yoon M H, Lee S H, Park H L, Kim H K, Jang M S 2002 J. Mater. Sci. Lett. 21 1703

    [24]

    Ayadi Z B, Mir L E, Djessas K, Alaya S 2008 Mater. Sci. Eng. C 28 613

    [25]

    Lu J G, Ye Z Z, Zeng Y J, Zhu L P, Wang L, Yuan J, Zhao B H 2006 J. Appl. Phys. 100 073714

    [26]

    Yoshioka S, Oba F, Huang R, Tanaka I, Mizoguchi T, Yamamoto T 2008 J. Appl. Phys. 103 014309

    [27]

    Gu X Q, Zhu L P, Cao L, Ye Z Z, He H P, Chu P K 2011 Mater. Sci. Semicon. Proc. 14 48

    [28]

    Chen M, Pei Z L, Wang X, Sun C, Wen L S 2001 J. Vac. Sci. Technol. A 19 963

    [29]

    Pankove I J 1971 Optical Processes in Semiconductors(New Jersey: Prentice-Hall) pp34–76

    [30]

    Guillen C, Herrero J 2010 Vacuum 84 924

    [31]

    Chang J F, Hon M H 2001 Thin Solid Films 386 79

  • [1]

    Granqvist G C 2007 Sol. Energy Mater. Sol. Cells 91 1529

    [2]

    Fortunato E, Ginley D, Hosono H, Paine C D 2007 MRS Bull. 32 242

    [3]

    Lewis B G, Paine D C 2000 MRS Bull. 25 22

    [4]

    Minami T 2008 Thin Solid Films 516 5822

    [5]

    Cao L,Zhun L P, Jiang J, Zhao R, Ye Z Z, Zhao B H 2011 Sol. Energy Mater. Sol. Cells 5 894

    [6]

    Gondoni P, Ghidell M, Fonzo F D, Russo V, Bruno P, Martí-Rujas J, Bottani E C, Bassi L A, Casari S C 2012 Thin Solid Films 520 4707

    [7]

    Chen Z Q, Liu M H, Liu Y P, Chen W, Luo Z Q, Hu X W 2009 Acta Phys. Sin. 58 4260 (in Chinese) [陈兆权, 刘明海, 刘玉萍, 陈伟, 罗志清, 胡希伟 2009 物理学报 58 4260]

    [8]

    Ellmer K 2001 J. Phys. D 34 3097

    [9]

    Bao S Y, Dong W J, Xu X, Luan T B, Li J, Zhang Q Y 2011 Acta Phys. Sin. 60 036804 (in Chinese) [鲍善永, 董武军, 徐兴, 栾田宝, 李杰, 张庆瑜 2011 物理学报 60 036804]

    [10]

    Yano M, Ogata K,Yan F P, Koki K, Sasa S, Inoue M 2003 Mater. Res. Soc. Symp. Proc. 744 M3.1.1

    [11]

    Agura H, Suzuki A, Matsushita T, Aoki T, Masahiro, Okuda M 2003 Thin Solid Films 445 263

    [12]

    Agashe C, KluthO, Hupkes J, Zastrow U, Rech B, Wuttig M 2004 J. Appl. Phys. 95 1911

    [13]

    Mridha S, Basakk D 2007 J. Phys. D Appl. Phys. 40 6902

    [14]

    Chen C, Ji Y, Gao X Y, Zhao M K, Ma J M, Zhang Z Y, Lu J X 2012 Acta Phys. Sin. 61 036104 (in Chinese) [陈超, 冀勇, 郜小勇, 赵孟珂, 马姣民, 张增院, 卢景霄 2012 物理学报 61 036104]

    [15]

    Li L N, Chen X L, Wang F, Sun J, Zhang D K, Geng X H, Zhao Y 2011 Acta Phys. Sin. 60 067304 (in Chinese) [李林娜, 陈新亮, 王斐, 孙建, 张德坤, 耿新华, 赵颖 2012 物理学报 60 067304]

    [16]

    Chen D, L J G, Huang J Y, Jin Y Z, Zhang H X, Ye Z Z 2013 J. Inorg. Mater. 28 649 (in Chinese) [陈丹, 吕建国, 黄靖云, 金豫浙,张昊翔, 叶志镇 2013 无机材料学报 28 649]

    [17]

    Wang G H, Zhao L, Yan B J, Chen J W, Wang G, Diao H W, Wang W J 2013 Chin. Phys. B 22 068102

    [18]

    Zhang C, Chen X L, Wang F, Yan C B, Huang Q, ZhaoY, Zhang X D, Geng X H 2012 Acta Phys. Sin. 61 238101 (in Chinese) [张翅, 陈新亮, 王斐, 闰聪博, 黄茜, 赵颖, 张晓丹, 耿新华 2012 物理学报 61 238101]

    [19]

    Li Y, Tompa G S, Liang S, Gorla C, Lu Y, Doyle J 1997 J. Vac. Sci. Technol. A 15 1063

    [20]

    Singh V A, Mehra M R, Buthrath N, Wakahara A, Yoshida A 2001 J. Appl. Phys. 90 5661

    [21]

    Park S M, Kegami T I, Ebihara K 2005 Jpn. J. Appl. Phys. 44 8027

    [22]

    Gondoni P,Ghidelli M, Russo V, Bruno P, Martí-Rujas J, Bottani C E, Bassi A L, Casari S C 2012 Thin Solid Films 520 4707

    [23]

    Yoon M H, Lee S H, Park H L, Kim H K, Jang M S 2002 J. Mater. Sci. Lett. 21 1703

    [24]

    Ayadi Z B, Mir L E, Djessas K, Alaya S 2008 Mater. Sci. Eng. C 28 613

    [25]

    Lu J G, Ye Z Z, Zeng Y J, Zhu L P, Wang L, Yuan J, Zhao B H 2006 J. Appl. Phys. 100 073714

    [26]

    Yoshioka S, Oba F, Huang R, Tanaka I, Mizoguchi T, Yamamoto T 2008 J. Appl. Phys. 103 014309

    [27]

    Gu X Q, Zhu L P, Cao L, Ye Z Z, He H P, Chu P K 2011 Mater. Sci. Semicon. Proc. 14 48

    [28]

    Chen M, Pei Z L, Wang X, Sun C, Wen L S 2001 J. Vac. Sci. Technol. A 19 963

    [29]

    Pankove I J 1971 Optical Processes in Semiconductors(New Jersey: Prentice-Hall) pp34–76

    [30]

    Guillen C, Herrero J 2010 Vacuum 84 924

    [31]

    Chang J F, Hon M H 2001 Thin Solid Films 386 79

  • [1] 李珂, 董瑞新, 班戈, 韩洪文, 苏伟, 闫循领. 镍离子对DNA结构和导电性的影响. 物理学报, 2009, 58(9): 6477-6481. doi: 10.7498/aps.58.6477
    [2] 李忠虎, 李林, 朱林. W形六角铁氧体BaFe18O27电子结构与导电性的第一性原理研究. 物理学报, 2011, 60(10): 107102. doi: 10.7498/aps.60.107102
    [3] 杨剑群, 李兴冀, 马国亮, 刘超铭, 邹梦楠. 170keV质子辐照对多壁碳纳米管薄膜微观结构与导电性能的影响. 物理学报, 2015, 64(13): 136401. doi: 10.7498/aps.64.136401
    [4] 薛将, 潘风明, 裴煜. 钽掺杂二氧化钛薄膜的光电性能研究. 物理学报, 2013, 62(15): 158103. doi: 10.7498/aps.62.158103
    [5] 邹 璐, 汪 雷, 黄靖云, 赵炳辉, 叶志镇. 硅衬底上Zn1-xMgxO薄膜的结构与光学性质. 物理学报, 2003, 52(4): 935-938. doi: 10.7498/aps.52.935
    [6] 王 祺, 赵华波, 张朝晖. 高定向热解石墨表面局域导电增强现象的扫描探针显微学研究. 物理学报, 2008, 57(5): 3059-3063. doi: 10.7498/aps.57.3059
    [7] 李冬梅, 韩敬宇, 董闯. 高硬导电Cu-Ni-Si系铜合金强化相成分设计. 物理学报, 2019, 68(19): 196102. doi: 10.7498/aps.68.20190593
    [8] 程小理, 刘福生, 李永宏, 彭小娟, 张明建. 冲击加载过程中苯的液—固相转变. 物理学报, 2011, 60(9): 090306. doi: 10.7498/aps.60.090306
    [9] 孟宪兰, 渠 朕, 康大伟, 解士杰, 刘德胜, 高绪团. 界面耦合对DNA分子电荷输运性质的影响. 物理学报, 2008, 57(8): 5316-5322. doi: 10.7498/aps.57.5316
    [10] 周显明, 汪小松, 李赛男, 李 俊, 李加波, 经福谦. 强冲击压缩下LiF,Al2O3和LiTaO3单晶的透光性. 物理学报, 2007, 56(8): 4965-4970. doi: 10.7498/aps.56.4965
    [11] 吴永晟, 王兵. (BEDT-TTF)[FeBr4]晶体的制备及其物理性质的研究. 物理学报, 2012, 61(5): 056104. doi: 10.7498/aps.61.056104
    [12] 李永宏, 刘福生, 马海云, 程小理, 马小娟, 孙燕云, 张明建, 薛学东. 动态荷载下石英玻璃的透光性及损伤演化研究. 物理学报, 2010, 59(3): 2104-2108. doi: 10.7498/aps.59.2104
    [13] 侯清玉, 赵春旺, 李继军, 王钢. Al高掺杂浓度对ZnO导电性能影响的第一性原理研究. 物理学报, 2011, 60(4): 047104. doi: 10.7498/aps.60.047104
    [14] 陈熙琛, 管惟炎, 易孙圣, 王祖仑, 林影. 急冷Al-Si-Ge合金超导电性的研究. 物理学报, 1983, 32(4): 446-459. doi: 10.7498/aps.32.446
    [15] 管惟炎, 陈熙琛, 王祖仑, 易孙圣, 林影. 急冷Al-Si合金超导电性的研究. 物理学报, 1982, 31(4): 485-502. doi: 10.7498/aps.31.485
    [16] 闻海虎, 曹效文, 戚振中, 李宏成. 高温超导薄膜中的涨落超导电性及其维度. 物理学报, 1990, 39(11): 1811-1814. doi: 10.7498/aps.39.1811
    [17] 谢斌, 苏昉, 王文楼, 蒋宗驷, 林枫凉. 高聚物(PEO)n-CuBr2薄膜在流体静高压下的离子导电性. 物理学报, 1994, 43(10): 1648-1657. doi: 10.7498/aps.43.1648
    [18] 王淑芳, 朱亚彬, 张芹, 周岳亮, 陈正豪, 吕惠宾, 杨国桢. 制备温度对MgB-2薄膜超导电性的影响. 物理学报, 2002, 51(12): 2842-2845. doi: 10.7498/aps.51.2842
    [19] 侯清玉, 赵春旺, 金永军. Al-2N高共掺浓度对ZnO半导体导电性能影响的第一性原理研究. 物理学报, 2009, 58(10): 7136-7140. doi: 10.7498/aps.58.7136
    [20] 舒华兵, 刘 甦, 马 荣, 刘 楣. 第一性原理计算MgB2薄膜拉伸对超导电性的影响. 物理学报, 2007, 56(12): 7262-7265. doi: 10.7498/aps.56.7262
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出版历程
  • 收稿日期:  2013-06-03
  • 修回日期:  2013-07-23
  • 刊出日期:  2013-11-05

生长条件对脉冲激光沉积制备ZnO:Al薄膜光电性能的影响

  • 1. 济南大学材料科学与工程学院, 山东省高校无机功能材料重点实验室, 济南 250022
    基金项目: 

    国家自然科学基金 (批准号: 11174112, 51002065)、山东省泰山学者基金 (批准号: TSHW20091007)、教育部新世纪优秀人才支持计划 (批准号: NCET-11-1027)和山东省杰出青年基金资助(批准号: JQ201214)资助的课题.

摘要: 本文研究了脉冲激光沉积(PLD)生长过程中, 铝掺量、氧压及衬底温度等实验参数对ZnO:Al(AZO)薄膜生长的影响, 并利用扫描电子显微镜、原子力显微镜、X射线衍射、霍尔效应、光透射光谱等实验手段对其透明导电性能进行了探讨. 变温霍尔效应和光透射测量表明, 当靶材中铝掺量大于0.5 wt%时, 所制备AZO薄膜中铝施主在80 K时已完全电离, 因Bernstein-Moss (BM) 效应其带隙变大, 均为重掺杂简并半导体. 进一步系统研究了氧压和衬底温度对AZO薄膜透明导电性能的影响, 实验发现当氧压为1 Pa, 衬底温度为200 ℃时, AZO 导电性能最好, 其霍尔迁移率为28.8 cm2/V·s, 薄膜电阻率最小可达2.7×10-4 Ω·cm, 且在可见光范围内光透过率超过了85%. 氧压和温度的增加, 都会导致薄膜电阻率变大.

English Abstract

参考文献 (31)

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