可柔性透明导电Ba1-xLaxSnO3薄膜的光电性能研究

来源 :南京航空航天大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:FalyE981521
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透明导电薄膜(TCO)是一类具有在可见光波段高透过率且低电阻率的重要光电子信息材料,本项研究主要集中于钙钛矿结构锡酸盐氧化物BaLaSnO3体系,这是一种具有极高的电子迁移率和高透光率的的新型无机透明导电材料。由于其优异的光电特性以及高稳定的化学性质,因而有望广泛应用于液晶显示器、太阳能电池板和紫外探测器等领域中。母体的锡酸盐氧化物BaSnO3(BSO)是一种典型的n型半导体材料,具有极高的透光性。当少量的La3+离子部分取代Ba2+离子后,其导电性得到极大的改善。研究结果证实在Ba0.96La0.04SnO3单晶中的电子迁移率可达到320 cm2V-1S-1,禁带宽度超过4 eV,性能明显优于一般的透明导电氧化物。因此,BaLaSnO3材料在透明导电领域具有极大的应用价值[1]。目前透明导电薄膜大都是生长在硬性衬底上,但是随着半导体工艺的发展,为实现电子产品的便携性、可弯曲性以及抗外界冲击性,以柔性衬底制备各种薄膜已成为当前材料物理领域发展趋势。本文主要采用柔性且耐高温的无机氟晶云母(Mica)作为衬底制备Ba1-xLaxSnO3薄膜。通过制备不同厚度的Ba0.96La0.04SnO3薄膜,沉积不同La掺杂浓度的Ba1-xLaxSnO3薄膜,以及尝试不同的制备工艺,获取最佳的光电性能BaLaSnO3薄膜。具体工作如下:1.首先在不同取向的SrTiO3衬底上外延生长出Ba0.96La0.04SnO3薄膜,研究衬底不同取向对薄膜光电性质的影响。我们选取了(001)和(111)两个方向作对比研究。通过X衍射仪(XRD)测试,分析外延生长晶体结构;利用原子力显微镜(AFM)测试,分析薄膜表面平整度。对不同取向的薄膜进行了透光率和变温电阻率的测量,分析得出衬底生长取向对薄膜光电性质的影响。同时利用第一性原理计算,从理论上澄清了(001)和(111)方向上电导率差异的根源。2.在可柔性衬底Mica上制备出不同厚度的Ba0.96La0.04SnO3薄膜。利用XRD和AFM对薄膜进行晶体结构和表面分析。变温的电子输运测量表明薄膜厚度增加时电阻率减少,而透光率随厚度增加不发生明显改变。利用物理剥离方法将mica衬底剥离至大约0.02mm可弯曲状态,透光率测试表明:在可见光波段弯曲状态下的薄膜仍然保持80%以上的透过率,说明柔性薄膜在变形情况下对透明性没有大的影响。3.由于云母衬底上生长的Ba0.96La0.04SnO3薄膜其电阻大且导电行为呈现半导体性特征,而SrTiO3衬底上生长同样薄膜电阻小并显示为金属性导电。为了降低云母衬底上生长的BaLaSnO3薄膜的电阻,我们一方面通过高温氮气退火,减小失配位错,降低界面电阻。另一方面通过提高La离子的掺杂比例,增加载流子浓度,减小电阻。最终使得在mica衬底上生长的薄膜电阻得到改善,并且观测到类似SrTiO3衬底上所出现的金属绝缘转变。
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