新型TiO2基透明導電薄膜及其在紫外光電探測器中的應用.pdf

1、透明導電氧化物材料，由于其將導電性和透光性有效的結合起來，一直受到人們的廣泛關注。特別是近十年來，信息技術飛速發(fā)展，透明導電氧化物材料被廣泛應用在各種電子器件中，像平板顯示器(FPD)、太陽能電池、發(fā)光器件(LED)、光電探測器、敏感材料等等。這就形成了市場對透明導電氧化物材料的巨大需求。目前在所有的透明導電氧化物材料中，技術最成熟，應用最廣泛的是In2O3∶Sn（簡稱ITO），室溫下ITO電阻率可達10-4Ω·cm量級，可見光透過率高

2、于70％。然而由于銦元素在地殼中的豐度很低，銦礦十分稀少，導致ITO材料的生長成本愈發(fā)昂貴，越來越不能滿足市場的需求。近年來，ZnO摻雜體系和SnO2摻雜體系的透明導電材料取得的重大進展，有望取代ITO材料，然而探索制備新型的透明導電材料仍有著重大的意義。
　　2005年，Y.Furubayashi等人發(fā)現TiO2∶Nb摻雜體系也具有十分優(yōu)異的透明導電性質，從此TiO2摻雜體系被納入透明導電材料的范疇。TiO2是一種寬禁帶(3.0

3、～3.5eV)半導體材料，具有優(yōu)異的光學，電學，光催化性能，而且鈦元素在地殼中的含量比較豐富，因此TiO2基透明導電材料具有十分可觀的發(fā)展前景。近幾年來，TiO2在紫外光電探測領域也被廣泛的應用。2011年，J.Xing等人，證明提高TiO2晶體的質量有助于提高TiO2薄膜紫外(UV)光電探測器的性能。本論文圍繞制備新型透明導電薄膜材料Ti1-xWxO2和將透明帶導電薄膜Ti0.97Nb0.03O2應用到TiO2薄膜UV探測器展開工作。

4、
　　相關理論計算發(fā)現W摻雜TiO2，可以得到性質優(yōu)良的透明導電薄膜材料。我們應用脈沖激光沉積(PLD)鍍膜技術，首先探索新型透明導電材料W摻雜TiO2的制備條件，對影響金屬摻雜半導體薄膜材料效果的兩個主要因素:生長溫度和生長氧分壓分別進行了嘗試。通過光學和輸運性質的測試，選擇出了最佳生長條件為550℃，6.5×10-4Pa氧分壓。然后在最佳條件下對TiO2∶W透明導電材料體系進行制備，并做了系統的研究。研究發(fā)現Ti1-xWxO2

5、(x=0.01，0.03，0.05，0.07，0.09)薄膜均為單晶銳鈦礦相，證明W離子在TiO2晶格中有著很好的溶解度。Ti0.97W0.03O2和Ti0.95W0.05O2薄膜室溫下透過率均在80％以上，電阻率分別為ρ=6.425×10-3Ωcm,ρ=9.09×10-3Ωcm。
　　文獻報道證明提高TiO2薄膜材料的結晶質量可提高TiO2薄膜UV探測器的效率。以此為依據，我們將透明導電薄膜材料Ti0.97Nb0.03O2應用到

6、TiO2薄膜UV探測器中。我們應用PLD技術制備了Ti0.97Nb0.03O2薄膜—TiO2薄膜雙層結構的TiO2薄膜UV探測器，Ti0.97Nb0.03O2透明導電薄膜同時發(fā)揮了外延層和底電極層的作用，由于Ti0.97Nb0.03O2薄膜和TiO2薄膜幾乎沒有失配，因此可以得到結晶很好的TiO2薄膜。根據Moss-Burstein效應，Ti0.97Nb0.03O2薄膜的光學帶隙比純TiO2薄膜的光學帶隙要大，因此部分光會透過Ti0.9