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W掺杂ZnO透明导电薄膜的理论及实验研究

王延峰 黄茜 宋庆功 刘阳 魏长春 赵颖 张晓丹

W掺杂ZnO透明导电薄膜的理论及实验研究

王延峰, 黄茜, 宋庆功, 刘阳, 魏长春, 赵颖, 张晓丹
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  • 本文从理论与实验两方面入手, 对高价态差金属W掺杂ZnO (WZO) 薄膜材料的特性进行分析讨论. 采用基于密度泛函理论的平面波赝势方法对WZO材料特性进行理论分析, 计算结果表明: W以替位形式掺入ZnO六角纤锌矿晶格结构中, 由于WO键的键长较长引起晶格常数增加, 产生晶格畸变; 掺杂后费米能级进入导带, 其附近的导电电子主要由W 5d, O 2p及Zn 3d电子轨道提供, 材料表现出n型半导体的特性; 同时能带简并效应使其光学带隙展宽. 为进一步验证该理论分析结果的适用性, 本文采用脉冲直流磁控溅射技术进行了本征ZnO及WZO薄膜的实验研究, 结果表明: W掺入未改变ZnO的生长方式, 但引起薄膜的晶格常数增加, 电阻率由本征ZnO的1.35 10-2 cm减小到1.55 10-3 cm, 光学带隙由3.27 eV展宽到3.48 eV. 制备的WZO薄膜在4001100 nm的平均透过率大于83%. 实验结果对理论计算结果进行了验证, 表明WZO薄膜作为透明导电薄膜的应用潜力.
    • 基金项目: 国家高技术研究发展计划 (批准号: 2009AA050602)、 国家重点基础研究发展计划(批准号: 2011CBA00706, 2011CBA00707)、 国家自然科学基金 (批准号: 60976051)、 中国-希腊国际合作项目 (批准号: 2009DFA62580)、 教育部新世纪优秀人才支持计划 (批准号: NCET-08-0295)、 教育部重点实验室开放课题 (批准号: 2011KFKT06) 和中央高校基本科研业务费 (批准号: 65011981) 资助的课题.
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出版历程
  • 收稿日期:  2011-10-18
  • 修回日期:  2011-12-04
  • 刊出日期:  2012-07-05

W掺杂ZnO透明导电薄膜的理论及实验研究

  • 1. 南开大学光电子薄膜器件与技术研究所, 南开大学光电子薄膜器件与技术天津市重点实验室, 光电信息技术科学教育部重点实验室 (南开大学), 天津 300071;
  • 2. 中国民航大学理学院, 天津 300300
    基金项目: 

    国家高技术研究发展计划 (批准号: 2009AA050602)、 国家重点基础研究发展计划(批准号: 2011CBA00706, 2011CBA00707)、 国家自然科学基金 (批准号: 60976051)、 中国-希腊国际合作项目 (批准号: 2009DFA62580)、 教育部新世纪优秀人才支持计划 (批准号: NCET-08-0295)、 教育部重点实验室开放课题 (批准号: 2011KFKT06) 和中央高校基本科研业务费 (批准号: 65011981) 资助的课题.

摘要: 本文从理论与实验两方面入手, 对高价态差金属W掺杂ZnO (WZO) 薄膜材料的特性进行分析讨论. 采用基于密度泛函理论的平面波赝势方法对WZO材料特性进行理论分析, 计算结果表明: W以替位形式掺入ZnO六角纤锌矿晶格结构中, 由于WO键的键长较长引起晶格常数增加, 产生晶格畸变; 掺杂后费米能级进入导带, 其附近的导电电子主要由W 5d, O 2p及Zn 3d电子轨道提供, 材料表现出n型半导体的特性; 同时能带简并效应使其光学带隙展宽. 为进一步验证该理论分析结果的适用性, 本文采用脉冲直流磁控溅射技术进行了本征ZnO及WZO薄膜的实验研究, 结果表明: W掺入未改变ZnO的生长方式, 但引起薄膜的晶格常数增加, 电阻率由本征ZnO的1.35 10-2 cm减小到1.55 10-3 cm, 光学带隙由3.27 eV展宽到3.48 eV. 制备的WZO薄膜在4001100 nm的平均透过率大于83%. 实验结果对理论计算结果进行了验证, 表明WZO薄膜作为透明导电薄膜的应用潜力.

English Abstract

参考文献 (53)

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