钽掺杂二氧化钛薄膜的制备及光电性能的研究.pdf

Nanjing University of Aeronautics and Astronautics The Graduate School College of Science Optical and electrical properties of Ta doped titanium oxide films A thesis in Physics by Wu Binbin Advised by Prof. Pan Fengming Submitted in Partial Fulfillment of the Requirements for the Degree of Masterof Science December, 2011 承诺书本人声明所呈交的硕士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外,论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果,也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。(保密的学位论文在解密后适用本承诺书) 作者签名: 日期: 南京航空航天大学硕士学位论文 I 摘要本论文使用KrF准分子激光器(波长为248nm,频率为5Hz)作为光源,以Ta掺杂TiO 2为靶材,在石英玻璃衬底上制备了Ta掺杂TiO 2薄膜,在基底温度为300℃条件下成功制备Ta掺杂TiO 2 透明导电薄膜。X射线衍射(XRD)测试表明薄膜的晶相为锐钛矿结构,在经过真空退火(?10 -4Pa) 后,实验表明适量的掺杂(4mol. %Ta)可以降低具有N型导电特性Ta掺杂TiO 2半导体薄膜的电阻率,通过调节激光能量密度,氧气分压和基底温度,真空退火(450℃-650℃)条件下,薄膜呈现锐钛矿结构,成为光电性能优越的透明导电薄膜,?10 -4??cm,×10 21 cm ?3, 2v -1s -1,在可见光范围内透过率达到80%。这些结果表明Ta掺杂TiO 2是一种具有很大潜力的透明导电氧化物。本论文的主要内容包括以下五个部分第一章, 简单介绍了半导体物理基本知识,TiO 2的物理性质,研究现状以及制备的方法。第二章, 介绍了Ta掺杂TiO 2靶材以及薄膜的制备,薄膜性能的表征实验方法。第三章, 研究退火温度对Ta掺杂TiO 2薄膜的晶体结构,电学性质,表面形貌以及光学特性的影响。第四章, 制备了具有表面柱状结构的Ta掺杂TiO 2薄膜,并研究了退火温度对表面形貌的影响。第五章, 对本文的研究工作进行了总结,并基于目前的研究进展,对以后的研究进行了一定的展望。关键词:透明导电氧化物,Ta掺杂TiO 2,退火,脉冲激光沉积钽掺杂二氧化钛薄膜的制备及其光电性能研究 II Abstract In this paper, Tantalum-doped TiO 2transparent conductive films were essfullydeposited on glasssubstratesat 300℃ by pulsed laser depositionwith a wavelength of 248nm and frequency of 5Hz for the KrF laser source. After post-annealing in vacuum (?10 -4Pa), these films were crystallized into an anatase TiO 2structure. Experimentsindicatedthat appropriate amount of Ta dopants (4mol. %Ta)decreasedresistivity of n-type Tantalum-doped TiO 2semiconductor films. By controlling the energy density of pulsed laser, oxygen partial pressure, substrate temperaturesandpost-annealing temperatures (450℃~650℃),we got transparent conductive Ta doped titanium oxide filmswith good optical and electrical resistivity of the films was me