钙钛矿结构Sn基透明导电膜及异质结的制备与物性研究

透明氧化物半导体材料因其高的可见光透过率特性，拥有多样的晶体结构和化学组分，呈现出光、电、磁等丰富的物理性质，赋予电子器件许多新颖的功能和特点，因而引起了人们极大的研究热情。本项目将在我们前期研究所获得的钙钛矿结构La、Sb掺杂Sr(Ba)SnO3 n-型透明外延薄膜的基础上，重点开展这类材料p-型透明外延薄膜和透明p-n异质结的探索与制备，研究薄膜制备工艺以及掺杂引起的能带结构、电子输运和光学性质的变化，研究薄膜表面/界面的控制以及薄膜尺寸（厚度）和应力效应。为探索新一类具有潜在应用价值的透明异质结薄膜材料，开展高质量外延薄膜的制备及其透明器件特性的研究提供实验和理论依据。

透明氧化物半导体拥有多样的晶体结构和化学组分，呈现出光、电、磁等丰富的物理性质，赋予普通电子器件许多新的功能，使得人们对透明导电氧化物薄膜及异质结的研究产生极大的热情。本项目研究主要以具有钙钛矿结构的宽带隙绝缘材料Sr(Ba)SnO3为研究对象，选取不同的掺杂元素，利用脉冲激光沉积薄膜制备方法，开展了系统的薄膜和异质结制备，及物性控制等方面的研究，现已按照研究计划开展，完成了研究任务，达到了预期研究目标。本项目取得的重要研究结果有：1）制备了n型透明导电的La、Sb、Nd及Gd掺杂Sr(Ba)SnO3薄膜材料，样品可见光区透过率高达90%以上，室温最小电阻率低至2.43毫欧姆厘米 ，并研究了薄膜制备工艺以及掺杂引起的能带结构、电子输运和光学性质的变化。认识了制备工艺、掺杂含量对薄膜电、光学性质的影响及物理机制。2）在N2气氛下制备了p型的Sb掺杂BaSnO3透明导电薄膜材料，获得了p型的透明导电锡酸盐薄膜材料。3）通过选择Sr和Fe元素掺杂，在MgO单晶衬底上制备了高质量锡酸盐外延薄膜，实现了薄膜样品带隙宽度的较大调控，分析了掺杂含量引起带隙宽度较大调控的物理机制。4）研究了过渡金属元素掺杂对锡酸盐材料能带结构、磁学性质和光学性质的的影响，获得了透明的具有较强室温铁磁性的锡酸盐薄膜材料。5）制备了锡酸盐基异质结，其中包括锡酸盐作为电极材料的铁电薄膜电容器，以及锡酸盐-锰酸盐p-i-n异质结，研究了锡酸盐表面、界面的控制及对异质结性质的影响。项目研究工作为探索新一类具有潜在应用价值的透明异质结薄膜材料，开展高质量外延薄膜的制备及其透明器件特性的研究提供实验和理论依据。截至目前，与本项目相关研究成果，已正式发表标注有基金资助号的SCI论文13篇，仍有部分研究工作数据处在整理、成文或审稿进程中。