【摘 要】
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作为氧化物半导体中的一员,SnO2是光学带隙约为3.6-3.8 e V,导电类型为n型的宽带隙半导体,因其良好的化学稳定性,较高的可见光透过性和较低的电阻率,广泛应用在透明导电薄膜,太阳能电池和气体传感器等光电器件领域。目前,掺杂调控SnO2光电性质的物理机制,尤其是受主掺杂调控光电性质的机制,仍然是一个有待解决的关键科学问题。本论文采用理论计算与实验相结合的方式,研究II族金属（包括IIB族的Z
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作为氧化物半导体中的一员,SnO2是光学带隙约为3.6-3.8 e V,导电类型为n型的宽带隙半导体,因其良好的化学稳定性,较高的可见光透过性和较低的电阻率,广泛应用在透明导电薄膜,太阳能电池和气体传感器等光电器件领域。目前,掺杂调控SnO2光电性质的物理机制,尤其是受主掺杂调控光电性质的机制,仍然是一个有待解决的关键科学问题。本论文采用理论计算与实验相结合的方式,研究II族金属（包括IIB族的Zn和IIA族的Sr、Ba）元素掺杂调控SnO2光电性质的物理机制,具体研究内容如下:1.采用溶胶-凝胶法和后热退火工艺制备Zn掺杂SnO2薄膜,研究发现Zn在SnO2中具有较高的固溶度,随着Zn浓度的增加,SnO2薄膜光学带隙减小,紫外发光增强,可见光得到抑制。在一定的Zn浓度下,观察到室温铁磁性。利用第一性原理计算了SnO2中与Zn杂质有关的缺陷态的形成能及其电子结构、磁学性质,发现Zn Sn以及ZnSn-VO的复合体缺陷具有较低的形成能,ZnSn-VO复合体缺陷在稳定铁磁性方面起着关键作用。第一性原理的计算结果很好地解释了实验现象。2.采用溶胶-凝胶法和后热退火工艺制备了Sr和Ba单掺杂的SnO2薄膜,研究发现Ba在SnO2中的固溶度较高,Sr固溶度较小,随着Sr（Ba）浓度的增高,薄膜光学带隙先减小后增大,掺杂引起的高密度缺陷增强了带尾吸收,光致发光中紫外发光峰红移和宽化,出现了与深能级相关的可见发光,费米能级向禁带中部移动。理论计算指出Sr（Ba）掺杂均可打破SnO2单晶的偶极跃迁禁戒规则,且使得吸收边红移,但实验中由于Sr（Ba）掺杂的位错缺陷密度大,以及掺杂所致晶粒细小化共同降低了晶体的光学质量,紫外发光并未得到增强。与Zn和Ba掺杂相比,Sr掺杂可在3.26 e V-3.90 e V内调控SnO2薄膜的光学带隙。
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