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W掺杂ZnO透明导电薄膜的理论及实验研究
  • ISSN号:1000-3290
  • 期刊名称:《物理学报》
  • 时间:0
  • 分类:TN304.055[电子电信—物理电子学]
  • 作者机构:[1]南开大学光电子薄膜器件与技术研究所,南开大学光电子薄膜器件与技术天津市重点实验室,光电信息技术科学教育部重点实验室南开大学,天津300071, [2]中国民航大学理学院,天津300300
  • 相关基金:国家高技术研究发展计划(批准号:2009AA050602); 国家重点基础研究发展计划(批准号:2011CBA00706,2011CBA00707); 国家自然科学基金(批准号:60976051); 中国-希腊国际合作项目(批准号:2009DFA62580); 教育部新世纪优秀人才支持计划(批准号:NCET-08-0295)、教育部重点实验室开放课题(批准号:2011KFKT06); 中央高校基本科研业务费(批准号:65011981)资助的课题
中文摘要:

本文从理论与实验两方面入手,对高价态差金属W掺杂ZnO(WZO)薄膜材料的特性进行分析讨论.采用基于密度泛函理论的平面波赝势方法对WZO材料特性进行理论分析,计算结果表明:W以替位形式掺入ZnO六角纤锌矿晶格结构中,由于W—O键的键长较长引起晶格常数增加,产生晶格畸变;掺杂后费米能级进入导带,其附近的导电电子主要由W 5d,O 2p及Zn 3d电子轨道提供,材料表现出n型半导体的特性;同时能带简并效应使其光学带隙展宽.为进一步验证该理论分析结果的适用性,本文采用脉冲直流磁控溅射技术进行了本征ZnO及WZO薄膜的实验研究,结果表明:W掺入未改变ZnO的生长方式,但引起薄膜的晶格常数增加,电阻率由本征ZnO的1.35×10~(-2)Ω·cm减小到1.55×10~(-3)Ω·cm,光学带隙由3.27 eV展宽到3.48 eV.制备的WZO薄膜在400-1100 nm的平均透过率大于83%.实验结果对理论计算结果进行了验证,表明WZO薄膜作为透明导电薄膜的应用潜力.

英文摘要:

The properties of high valence difference W doped ZnO films (WZO) are investigated by means of plane wave pseudo-potential method based on the density-functional theory (DFT) and pulsed DC magnetron sputtering technique. The theoretical result shows after incorporation of W the Fermi level enters into the conduction band, showing that a typical n-type metallic characteristic and the optical band gap Eg increase significantly. The carriers originate from the orbits of W 5d, O 2p and Zn 3d. Moreover, the increase of the lattice constant is due to the longer bond length of W-O and lattice distortion. The experimental results demonstrate that the deposited WZO film grows preferentially in the (002) crystallographic direction but the lattice constant increases. The resistivity decreases from 1.35 x 10-2 ^2.cm to 1.55 x 10-3 Ω.cm and the optical bandgap extends from 3.27 eV to 3.48 eV compared with those of ZnO. The average transmittance is over 83 % in a wavelength range from 400 to 1100 nm. The experimental results are in good agreement with the theoretical results, showing that the WZO thin film has a great potential application as transparent conductive oxide.

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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