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In掺杂氮化亚铜薄膜的电学、光学和结构特性研究
  • ISSN号:1000-3290
  • 期刊名称:《物理学报》
  • 时间:0
  • 分类:O484.1[理学—固体物理;理学—物理]
  • 作者机构:[1]杭州电子科技大学信息工程学院,310018, [2]中国科学院物理研究所表面物理国家重点实验室,北京100190, [3]浙江理工大学理学院,杭州310018, [4]中国计量学院光学与电子科技学院,杭州310018
  • 相关基金:国家自然科学基金(批准号:10904165,51172272,21103155)和国家重点基础研究发展计划(973计划)(批准号:2012CB933002)资助的课题.
中文摘要:

采用射频磁控溅射方法,在低功率和低温条件下利用纯氮气作为反应溅射气体制备出不同In含量的三元氮化物CuxInyN薄膜.研究发现In掺杂浓度对薄膜微结构、形貌、表面化学态以及光学特性有灵敏的调节作用.光电子峰、俄歇峰、俄歇参数的化学位移变化从不同角度揭示了不同含量In掺杂引起的原子结合情况的变化.XPS结果显示In含量小于8.2at.%的样品形成了Cu-In-N键.对In含量为4.6at.%的样品进行XRD和TEM结构测试,实验结果肯定了In原子填充到Cu3N的反ReO3结构的体心位置.并且当In含量增至10.7at.%时,薄膜生长的择优取向从之前占主导地位的(001)方向转变为(111)方向.此外,随着In含量的增加,薄膜的R-T曲线从指数形式变为线性.当In含量为47.9at.%时,薄膜趋于大温区恒电阻率材料,电阻温度系数TCR仅为-6/10000.光谱测量结果显示In摻杂使得氮化亚铜掺杂薄膜的光学帯隙从间接帯隙变为直接帯隙.由于Burstein-Moss效应,帯隙发生蓝移,从1.02eV到2.51eV,实现了帯隙连续可调.

英文摘要:

Thin films of ternary compounds CuxlnyN were grown on Si (100) wafers by RF magnetron cosputtering at a low temperature, low power and pure N2 environment. The effect of In incorporation on the structure and physical properties of copper nitfide was obvious, which was evaluated by characterizing the film chemical bonding state, structure, electrical and optical properties. In XPS, shift of binding energy, Auger peak and Auger chemical parameters all reflected the chemical changes in the environment. For samples with In content below 8.2 at.%, either the BE increasing of Cu 2p3/2 and In 3d5/2 or the decreasing of Nls could mainly contribute to the Cu-In-N bond formation. For the Cux InyN sample with 4.6% In, indium atoms were consistently confirmed to be incorporated into the body center of Cu3N anti-ReO3 structure as shown by XRD and TEM. The strong (001) preferred orientation of copper nitride crystalline phase was kept predominant in the films until the In content goes up to 10.8 at.%, the texture changed to (111) orientation. The R-T curves of CuxInyN films changed from typical exponential to linear with increasing In. Near constant electrical resistivity in a large temperature range with small TCR of -6/10000 was investigated in the CuxInyN sample with 47.9 at.% In. Moreover, the optical band gap, due to Burstein-Moss effect, was investigated to enhance from 1.02 to 2.51 eV with the In content increasing from 0% to 26.53%, accompanied with band-gap transition from direct to indirect.

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期刊信息
  • 《物理学报》
  • 北大核心期刊(2011版)
  • 主管单位:中国科学院
  • 主办单位:中国物理学会 中国科学院物理研究所
  • 主编:欧阳钟灿
  • 地址:北京603信箱(中国科学院物理研究所)
  • 邮编:100190
  • 邮箱:apsoffice@iphy.ac.cn
  • 电话:010-82649026
  • 国际标准刊号:ISSN:1000-3290
  • 国内统一刊号:ISSN:11-1958/O4
  • 邮发代号:2-425
  • 获奖情况:
  • 1999年首届国家期刊奖,2000年中科院优秀期刊特等奖,2001年科技期刊最高方阵队双高期刊居中国期刊第12位
  • 国内外数据库收录:
  • 美国化学文摘(网络版),荷兰文摘与引文数据库,美国工程索引,美国科学引文索引(扩展库),英国科学文摘数据库,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:49876