钽掺杂氧化锡外延单晶薄膜的制备、结构及其光电性质的研究

Tin oxide is a direct band gap semiconductor with a wide band gap. It is a kind of important functional materials. Because of its unique optical and electrical properties, it may have many potential applications in the ultraviolet transparent optoelectronic devices. The n-type transparent conducting oxide films have been widely used in optoelectronic devices and solar cells and its resistivity can reach 10-3~10-5Ωcm. As an n-type semiconductor, tantalum doped tin oxide (TTO) thin film is a very promising n-type transparent conducing oxide film. In this project, we intend to prepare tantalum doped tin oxide epitaxial films by the metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) method; to analyze the influence of preparation conditions on the structure and to determine the optimal doping concentration; to study the doping mechanism of TTO films and to determine the band structure and the conductive mechanism; to study the relationship between the microstructure and the photoelectric properties of TTO films. We aim to explore an optimal method to prepare the TTO films with excellent photoelectric properties. It will lay the foundation for the applications of TTO films in the ultraviolet transparent optoelectronic devices field.

氧化锡是一种具有直接带隙的宽禁带半导体材料，因其独特的光学和电学性质，是一种非常重要的功能性材料，在透明和紫外光电子器件方面具有广泛的应用前景。n型透明导电氧化物薄膜电阻率可以达到10-3~10-5欧姆厘米，在光电器件、太阳能电池等领域具有广泛的应用。钽掺杂的氧化锡（TTO）薄膜具有n型半导体的性质，是一种极具潜力的n型透明导电氧化物薄膜材料。本项目拟采用有机化学气相沉积（MOCVD）方法制备高质量TTO外延薄膜，研究钽掺杂浓度、薄膜制备工艺条件等因素对其微观结构及光电性质的影响，分析TTO薄膜的微观结构与其光电性质之间的关系；研究钽元素的掺杂机理；研究TTO薄膜的能带结构及导电机理。探索最佳制备工艺条件及最佳掺杂浓度，制备出光电性能优良的TTO透明导电半导体薄膜材料，为该材料在透明和紫外光电器件上的应用奠定基础。

氧化锡是一种具有直接带隙的宽禁带半导体材料，因其独特的光学和电学性质，是一种非常重要的功能性材料。对氧化锡进行n型掺杂，提高其电学性质，在光电器件和太阳能电池等领域具有广泛的应用。在前期工作的基础上，本项目采用有机金属化学气相沉积（MOCVD）技术，选用铌元素和钽元素对氧化锡薄膜进行n型掺杂，制备出具有高迁移率的氧化锡透明导电单晶外延薄膜材料。首先在氟化镁（110）衬底上制备出金红石型结构的氧化锡外延单晶薄膜，并系统研究了薄膜的结构，电学和光学性质，确定最佳制备工艺条件。其次，在上述研究的基础上分别制备出具有高迁移率的铌掺杂和钽掺杂的氧化锡单晶外延薄膜。系统研究了薄膜的微观结构，掺杂机理和导电机制。在氟化镁（110）衬底上制备的铌掺杂氧化锡薄膜，具有较高的迁移率，迁移率可达84cm2V-1s-1，优于目前报到的铌掺杂氧化锡薄膜的迁移率。在氟化镁（110）衬底上制备的钽掺杂氧化锡薄膜，不但具有较高的迁移率74cm2V-1s-1，还具有较低的电阻率2.5×10-4 Ω·cm。铌掺杂和钽掺杂的氧化锡薄膜是一种具有优良电学性质的n型透明导电氧化物薄膜材料。具有优良电学性质的高质量n型氧化锡薄膜材料在透明电子器件、透明电极和紫外探测器等领域有广阔的应用前景，为氧化锡外延薄膜材料在透明和紫外光电器件方面的实际应用奠定了基础。