可调带隙铝-铟氧化物半导体薄膜材料的制备及性质研究

UV transparent Aluminium-Indium oxide（Eg:3.7-8.7eV） semiconductor film materials with a tunable band gap will be prepared by metal-organic chemical vapour deposition method. Crystal lattice structure, structural phase transition, optical and electrical properties of the obtained films which changed with the film composition will be investigated by the numbers. Substrate materials, crystal lattice match and technological conditions,et al. that influence on the properties of Al-In oxide films will be also investigated. The modulating action of band gap width resulting from the films composition will be studied. The defects, impurity and dopant in the Al-In oxide films that influence on the properties of the films will be studied. The energy band structure, optical and electrical properyies of the Al-In oxide films will be investigated as well as the conductive principle and the luminescence mechanism. Al-In oxide film materials with a band gap tunable by the film composition is a promising heterojunctions and quantum wells material. High crystallinity Al-In oxide materials with fine performances can be used in many field sach as transparent photoelectrical devices, short wavelength light emission devices, UV light detector, solar cell and flat-panel display. Research on structure, optical and electrical properties of the Al-In oxide films changed with the film composition is a base for this materials used in photoelectrical devices. Therefore, study on Al-In oxide materials has both scientific significance and promising application value.

用MOCVD方法制备可调带隙的铝-铟氧化物（Eg:3.7-8.7eV）紫外透明半导体薄膜材料，系统地研究薄膜的晶格结构、相变、光学和电学性质随薄膜中铝铟组分的变化关系。研究衬底材料与铝铟氧化物薄膜的晶格适配及制备工艺条件对薄膜性能的影响；研究薄膜的组分变化对铝铟氧化物薄膜材料带隙宽度的调制作用；研究薄膜中缺陷和杂质及掺杂对薄膜光电性质和光致发光性能的影响，研究薄膜材料的能带结构、导电机理和发光机制。铝铟氧化物薄膜具有带隙宽度大且可以通过改变薄膜组分进行调制的特点，是一种很有希望的异质结和量子阱材料。结晶质量高、性能优良的铝铟氧化物薄膜材料在透明光电器件、短波长发光器件、紫外探测器、太阳电池和平面显示等领域具有实际的应用前景。对铝铟氧化物薄膜结构和光电性质随组分的变化进行系统地研究，将为该材料在光电器件上的实际应用奠定良好的基础。因此，该项研究即具有重要的科学意义又具有潜在的应用价值。

为了满足透明光电器件快速发展的需要，避免传统材料带隙宽度不可调节的限制，有必要研究新型的、可调制禁带宽度的铝铟氧化物宽带隙半导体材料。.用MOCVD方法在多种单晶衬底上制备出氧化铟、氧化铝和铝铟氧及铝铟锡氧（AITO）薄膜，研究了衬底材料、制备条件及Sn含量对薄膜结构和光电性质的影响，系统地研究薄膜的晶格结构、相变、光学和电学性质，优化薄膜的制备工艺参数。.在YSZ、MgO和SiO2单晶衬底上生长出高质量的立方铁锰矿结构氧化铟单晶薄膜；在MgO衬底上生长出氧化铝薄膜，退火后薄膜为γ相氧化铝结构。研究了薄膜生长机制和微结构，并给出了薄膜与衬底的外延关系。.以YSZ、MgO、SiO2和蓝宝石为衬底材料，制备出铝铟氧薄膜，系统的探究了不同组分对薄膜结构和光电性质的影响。在700℃下于MgO(110)衬底上制备出Al2xIn2–2xO3薄膜。随着Al含量的逐渐升高，铝铟氧薄膜由单晶方铁锰矿In2O3结构，转变为多晶结构，最后变为立方γ-Al2O3结构。随着Al含量的增加，薄膜的光学带隙可实现由3.65 eV到5.57 eV范围内的调制，且禁带宽度随Al含量的变化呈现出线性增加关系，更便于带隙的调制。.选取铝铟原子比x=0.65的Al1.3In0.7O3薄膜作为基础材料加入锡元素，在MgO、SiO2和蓝宝石衬底上制备出Al-In-Sn-O（AITO）薄膜，研究了不同Sn含量对薄膜结构和光电性质的影响。在MgO(110)衬底上生长的AITO薄膜，其结晶程度随着Sn含量的增加而逐渐提高，在Sn含量为21%时最佳。此时薄膜为多晶结构，晶粒排列紧密，晶粒间界成分较少。薄膜的霍尔迁移率在Sn含量为21%时达到最大值约为18.5 cm2V-1s-1，对应的载流子浓度为2.56×1020 cm-3，电阻率为1.32×10-3 Ω•cm，光学带隙为4.32eV。对薄膜的霍尔迁移率、载流子浓度及光学带隙随Sn含量的变化原因进行了分析。.铝铟氧和铝铟锡氧（AITO）薄膜材料的制备和性能的研究结果，会为其在透明电子器件和紫外光电器件方面的应用提供必要的依据，因此具有科学意义和实际应用价值。