Cd掺杂对ZnOIn薄膜光电性质的影响.pdf

2013年5月重庆师范大学学报(自然科学版)May2013第30卷第3期Journ“ofChongqingNormalUniversity(NaturalScience):In薄膜光电性质的影响”孟祥丹1~,孔春阳1’2,李万俊1’2~,秦“2’~,赵永红1’2,卞萍1’2(,光学工程重点实验室,重庆401331;,重庆401331;,重庆401331)摘要:呆用射频磁控溅射技术在石英衬底上制备了不同Cd掺杂浓度的Zn0:(In,Cd)薄膜,并研究了Cd掺杂浓度对薄膜光学和电学性质的影响。透射光谱测试发现,掺cd对薄膜的透射率影响不大,都在80%以上,且随着Cd掺杂浓度的增加,~。霍尔测试表明,Cd掺杂增强了薄膜的导电性,当Cd掺杂浓度为oat.%、2at.%和4at.%时,薄膜的电阻率分别为(×lo_1)、(1_30×10_1)和(×10_2)Q·cm。结合理论计算和光致发光谱分析认为,cd掺入后zn()的导带明显下移,这不仅导致Zn0:(In,cd)薄膜的带隙变窄,同时使施主杂质(Zn,和Inz。等)的电离能减小,从而增强了薄膜的导电性能。关键词:Zno:(In,Cd)薄膜;光学性质;电学性质中图分类号:0484文献标志码:A文章编号:1672—6693(2013)03一0107一04自上世纪以来,透明导电薄膜因可应用于发光器件、太阳能电池、平板液晶显示器、光波导、传感器以及红外反射器等领域而广受关注。、Sn2()和Zn()基3大体系。Zn()基透明导电薄膜开始于上个世纪80年代,与其它透明导电薄膜相比,znO具有原材料丰富、价格低廉、无毒以及绿色环保,且制备zn0薄膜所需要的沉积温度较低等优点,因此,被人们认为是最有希望替代ITO薄膜的材料[1。27。在Zn()基透明导电薄膜体系中研究最广泛、最深入的是Al掺杂Zn0薄膜(AZ0)[3“‘I。In掺杂Zn()薄膜(1Z())也是这个体系最早的研究对象之一,比如国内学者叶志镇等人早在1987年就开始研究IZO透明导电薄膜,随后有关In掺杂Zn()薄膜的研究相继出现[5’7]。近来,能带可调的透明导电薄膜也广受关注,如Mg掺杂ZnO:IIIA[8。9]可以增加ZnO的带隙和蓝端光的透过率。与此相反,Cd掺杂Zn():IIIA可以降低Zn0的带隙()。同时,唐鑫等人一103报道了Zn0掺Cd后禁带宽度变窄。再者,Zn()薄膜存在大量的本征施主缺陷(如Zn,、V。和Znc,等)其天然为n型导电J1I,同时施主杂质(A1、Ga和In等)掺杂zn0时也会形成施主能级,因此,在Zno:111A薄膜中掺杂(Ⅺ后可能获得禁带宽度可调的高电子浓度低电阻率的透明导电薄膜。目前,关于Cd与IIIA族元素共掺Zno透明导电薄膜的研究较少。为此,本文采用射频磁控溅射技术在石英衬底上制备不同Cd掺杂浓度的Zn():(In,Cd)薄膜,利用透射光谱、光致发光谱及霍尔测试等手段研究了不同叫掺杂浓度对Zn():(In,Cd)薄膜光学和电学性质的影响。1试验采用射频磁控溅射