Al摻雜的ZnO薄膜的電輸運(yùn)性質(zhì).pdf_第1頁(yè)
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1、近些年來(lái),Al或Ga摻雜的ZnO透明導(dǎo)電氧化物薄膜,以其價(jià)格低廉,無(wú)毒性,在H2等離子氣氛中性質(zhì)穩(wěn)定等優(yōu)勢(shì),而受到研究者的廣泛關(guān)注,然而,人們對(duì)該體系的導(dǎo)電機(jī)理的認(rèn)識(shí)仍然處于半經(jīng)驗(yàn)階段。因此,我們以ZnO∶Al為研究對(duì)象,對(duì)其電輸運(yùn)性質(zhì)進(jìn)行了研究。
   我們采用射頻磁控濺射法分別在Al2O3(0001)和Al2O3(1(-1)02)基底上制備了一系列Al原子百分含量為4%的ZnO∶Al薄膜,基底溫度分別為:623、723、82

2、3、873、973 K,考慮維度對(duì)其電輸運(yùn)性質(zhì)的影響,我們又在723 K溫度條件下制備了一系列不同厚度的ZnO∶Al薄膜。通過(guò)對(duì)樣品的結(jié)構(gòu)表征,以及載流子濃度、電阻率和磁電阻的測(cè)量,系統(tǒng)的分析討論了ZnO∶Al薄膜的電輸運(yùn)行為。
   實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,所有樣品的載流子濃度均不隨測(cè)量溫度的改變而改變,表現(xiàn)出金屬或簡(jiǎn)并半導(dǎo)體的特性,并且隨著基底溫度的升高,載流子濃度呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)。
   結(jié)構(gòu)分析結(jié)果顯示,在單晶Al2O3(0

3、001)基底上生長(zhǎng)的ZnO∶Al薄膜沿著c軸方向生長(zhǎng)。當(dāng)溫度不太低時(shí),樣品電阻率隨溫度的降低而減小且與Bloch-Grüneisen公式符合的很好,屬于典型的金屬導(dǎo)電性。樣品在低溫區(qū)間出現(xiàn)的電阻率隨溫度的降低而升高的趨勢(shì),可以用弱局域效應(yīng)的理論來(lái)解釋?zhuān)瑢?duì)于較厚的樣品,電阻率與溫度關(guān)系滿(mǎn)足ρ∝√T,符合三維的弱局域理論,當(dāng)膜厚減小到293(A)時(shí),則滿(mǎn)足ρ∝ ln T的關(guān)系,可用二維的弱局域效應(yīng)解釋。進(jìn)一步運(yùn)用弱局域理論,通過(guò)對(duì)樣品磁電阻

4、的擬合分析,得到樣品退相位相干時(shí)間與溫度的依賴(lài)關(guān)系,我們發(fā)現(xiàn)在2 K~30 K范圍內(nèi),電聲子相互作用為樣品主要的散射機(jī)制。
   對(duì)于在單晶Al2O3(1(-1)02)基底上生長(zhǎng)的樣品,基底溫度為623 K和723 K時(shí)表現(xiàn)出金屬導(dǎo)電性,而基底溫度為823 K和873 K時(shí)則表現(xiàn)出半導(dǎo)體導(dǎo)電性,當(dāng)溫度升高到923 K時(shí),出現(xiàn)了金屬半導(dǎo)體轉(zhuǎn)變。為了研究樣品的散射行為,我們通過(guò)霍爾遷移率的擬合,發(fā)現(xiàn)當(dāng)溫度在100 K以下時(shí),雜質(zhì)離子

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