CdO基透明导电薄膜的制备及光学性能

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摘要：近二十年来，薄膜技术与薄膜材料获得迅猛发展，磁控溅射技术具备易大面积工业生产的优点，而在薄膜的制备领域也有着广泛的应用。本文我们已经研究了溅射沉积三元CdMgO合金薄膜在总Mg浓度高达44％时的结构、电气和光学特性。我们发现，只有小部分（大约50％-60％）的Mg作为替代镁掺入有助于合金材料电子结构的改变。Cd1-xMgxO合金的电和光测量结果在导带边缘随着Mg浓度增加而向上偏移方面进行分析。结果表明：随着本征能带隙的增加，适当地掺杂足够的Cd，CdMgO合金可以作为透明导体用于光伏器件。54593

毕业论文关键词：薄膜技术，磁控溅射，Cd1-x MgxO，电子结构，导带边

Abstract: Thin film technology and film material have developed rapidly in the past 20 years．The technology of Vacuum Magnetron Sputtering Deposition is wide used on the field of thin film manufacture．On the basis of previous studies，We have studied structural, electrical, and optical properties of sputter deposited ternary CdMgO alloy thin films with total Mg concentration as high as 44%. We found that only a fraction (50%–60%) of Mg is incorporated as substitutional Mg contributing to the modification of the electronic structures of the alloys. The electrical and optical results of the Cd1-xMgxO alloys are analyzed in terms of a large upward shift of the conduction band edge with increasing Mg concentration. With the increase of the intrinsic bandgap, appropriately doped Cd-rich CdMgO alloys can be potentially useful as transparent conductors for photovoltaics.

Keywords: Thin film technology, Magnetron sputtering, Cd1-xMgxO, Electronic structure, Conduction band edge

1 绪论5

2 实验6

2.1 薄膜制备方法6

2.2 磁控溅射原理概述7

2.3 磁控溅射制备Cd1-xMgxO薄膜9

2.3.1材料准备9

2.3.2实验过程9

3 实验结果与讨论11

3.1 Cd1-xMgxO薄膜的晶体结构11

3.2 Cd1-xMgxO薄膜的电学性质13

结论17

参考文献18

致谢19

1 绪论

透明导电薄膜指的是在可见光范围内平均透过率达到 80% 以上, 并且电阻率一般在10-3Ω·cm以下的薄膜,具有透明和导电双重功能,其种类主要有:金属膜、氧化物(Transparent Conductive Oxide 简称 TCO )膜、多层复合膜和高分子膜等，其中氧化物 TCO 薄膜占主导地位。作为光电子科技领域的主要光学材料之一，透明导电薄膜已经广泛应用于太阳能电池透明电极、等离子体液晶显示器 PLCD 、气敏元件、抗静电涂层、飞机和汽车风挡防霜雾玻璃、建筑用节能玻璃窗和电致变色器件等领域，航空航天器和巡航导弹等也需用透明导电薄膜。[1] 1907年，Bakdeker第一次报道并制备了CdO透明导电薄膜；1950年前后出现了硬度高、化学稳定性好的SnOz基薄膜以及综合光电性能优良的In2O3基薄膜，并开发出了有商业应用价值的SnOz透明导电膜NESA；20世纪80年代，ZnO基薄膜成为研究热点。以上均为重掺杂、高简并的n型半导体，近年来P型半导体透明导电薄膜的研究也取得了进展。

MgO薄膜作为理想的保护层材料已经广泛应用于等离子显示技术中，其具有抗溅射、高的真空二次电子发射系数、可见光区透过率高等特点使MgO薄膜具有非常广泛的应用前景，它的禁带宽度为7.78ev。CdO 属于立方晶系Ⅱ-Ⅵ族直接带隙半导体,其禁带宽度为2.3eV。MgO可与 CdO 形成合金 Cd1-xMgxO, 通过调节Mg含量可以实现能带在紫外-可见范围内的调节。

在过去的二十年里金属氧化物已被广泛研究。[2]-[4]对这些材料有广泛兴趣的原因是，它们在很宽的波长区域中同时具有高导电性和透明度。宽禁带氧化物如In2O3：Sn（ITO）的或ZnO：Al（AZO）作为薄膜太阳能电池的透明触点被广泛使用。[5]这些氧化物的应用有一个重要的限制是，它们具有显著长波长吸收功能，因此不能用于那些利用太阳光谱红外部分的太阳能电池。这些材料具有较弱的红外线透射率是由于相对强电离杂质散射导致低流动性和大的自由载流子吸收。此外，由于这些材料（〜1021/cm3）的高电子浓度的等离子体的反射边缘，通常会发生在波长<1200nm的地方。[6]