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In掺杂氮化亚铜薄膜的电学、光学和结构特性研究

杜允 鲁年鹏 杨虎 叶满萍 李超荣

In掺杂氮化亚铜薄膜的电学、光学和结构特性研究

杜允, 鲁年鹏, 杨虎, 叶满萍, 李超荣
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  • 采用射频磁控溅射方法, 在低功率和低温条件下利用纯氮气作为反应溅射气体制 备出不同In含量的三元氮化物CuxInyN薄膜. 研究发现In掺杂浓度对薄膜微结构、形貌、表面化学态以及光学特性有灵敏的调节作用. 光电子峰、俄歇峰、俄歇参数的化学位移变化从不同角度揭示了不同含量In掺杂引 起的原子结合情况的变化. XPS结果显示In含量小于8.2 at.%的样品形成了Cu-In-N键. 对In含量为4.6 at.%的样品进行XRD和TEM结构测试, 实验结果肯定了In原子填充到Cu3N的反ReO3结构的体心位置. 并且当In含量增至10.7 at.%时, 薄膜生长的择优取向从之前占主导地位的(001)方向转变为(111)方向. 此外, 随着In含量的增加, 薄膜的R-T曲线从指数形式变为线性. 当In含量为47.9 at.%时, 薄膜趋于大温区恒电阻率材料, 电阻温度系数TCR仅为-6/10000. 光谱测量结果显示In摻杂使得氮化亚铜掺杂薄膜的光学帯隙从间接帯隙变为直接帯隙. 由于Burstein-Moss效应, 帯隙发生蓝移, 从1.02 eV 到2.51 eV, 实现了帯隙连续可调.
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号: 10904165, 51172272, 21103155)和国家重点基础研究发展计划(973计划) (批准号: 2012CB933002)资助的课题.
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出版历程
  • 收稿日期:  2013-03-09
  • 修回日期:  2013-04-11
  • 刊出日期:  2013-06-05

In掺杂氮化亚铜薄膜的电学、光学和结构特性研究

  • 1. 杭州电子科技大学信息工程学院, 杭州 310018;
  • 2. 中国科学院物理研究所表面物理国家重点实验, 北京 100190;
  • 3. 浙江理工大学理学院, 杭州 310018;
  • 4. 中国计量学院光学与电子科技学院, 杭州 310018
    基金项目: 

    国家自然科学基金(批准号: 10904165, 51172272, 21103155)和国家重点基础研究发展计划(973计划) (批准号: 2012CB933002)资助的课题.

摘要: 采用射频磁控溅射方法, 在低功率和低温条件下利用纯氮气作为反应溅射气体制 备出不同In含量的三元氮化物CuxInyN薄膜. 研究发现In掺杂浓度对薄膜微结构、形貌、表面化学态以及光学特性有灵敏的调节作用. 光电子峰、俄歇峰、俄歇参数的化学位移变化从不同角度揭示了不同含量In掺杂引 起的原子结合情况的变化. XPS结果显示In含量小于8.2 at.%的样品形成了Cu-In-N键. 对In含量为4.6 at.%的样品进行XRD和TEM结构测试, 实验结果肯定了In原子填充到Cu3N的反ReO3结构的体心位置. 并且当In含量增至10.7 at.%时, 薄膜生长的择优取向从之前占主导地位的(001)方向转变为(111)方向. 此外, 随着In含量的增加, 薄膜的R-T曲线从指数形式变为线性. 当In含量为47.9 at.%时, 薄膜趋于大温区恒电阻率材料, 电阻温度系数TCR仅为-6/10000. 光谱测量结果显示In摻杂使得氮化亚铜掺杂薄膜的光学帯隙从间接帯隙变为直接帯隙. 由于Burstein-Moss效应, 帯隙发生蓝移, 从1.02 eV 到2.51 eV, 实现了帯隙连续可调.

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