氧化物半导体纳米线的制备与物性研究

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透明导电氧化物( Transparent conductive oxide,简称TCO)薄膜在可见光范围内既具有高的透明度(宽带隙),也具有高的电导率,已经被广泛应用于平面显示、太阳能电池、低辐射窗、特殊功能窗口涂层及其它光电器件领域,其社会经济价值显而易见。虽然过去几年TCO材料得到了蓬勃发展,但其应用性仍存在很大的限制,目前仅局限于作为透明电极或红外反射涂层膜等使用,难以成为真正意义上的“透明器件”。究其原因:这些TCO大多都是n型导电材料,而p型TCO材料非常少,且其导电性与n型TCO相差甚远,通常电导率低3~4个数量级,无法实现具有良好性能的全透明p-n结。因此性能优良的p型TCO材料成为目前拓展透明导电氧化物应用所必须面对的课题。本文的主要研究内容和结果摘要如下:  1.采用溶胶-凝胶法制备了CuAl1-xNixO2(x=0,0.02,0.04和0.06)多晶样品,样品的晶体结构由X射线粉末衍射式样确定,结果显示样品为具有铜铁矿结构的单相多晶体,同时我们也可以看到,当 Ni2+掺杂浓度分别为2%、4%、6%时,它们的衍射峰位置与样品掺杂前的衍射峰位置保持不变,均没有观察到杂相产生。我们还对样品在300~1100k温区的电导率进行了测量,所有样品在测量温区的导电符合半导体导电行为。随着Ni2+离子掺杂量的增加,样品电导率迅速提高。室温下,其室温电导率为5.7×10-2S cm-1;对于x=0.06的样品,其室温电导率为4.12×10-1S cm-1,比未掺杂样品的电导率提高了近一个数量级。掺杂样品300k~400k温区下的电输运机制符合小极化子模型。  2.把模板法的优点和简单的溶胶-凝胶工艺结合起来,在纳米氧化铝模板孔洞中成功地制备了CuAlO2的有序纳米线阵列。扫描电子显微镜(SEM)结果显示,AAO模板孔洞分布均匀,孔径基本一致(约50nm),孔口呈六边形。透射电子显微镜(TEM)结果显示CuAlO2纳米线的直径约50nm(与AAO模板孔径一致),长度约为10μm,具有很好的均匀分散性。X射线衍射(XRD)结果表明CuAlO2纳米线为单相多晶结构。室温光致发光(PL)光谱结果表明CuAlO2纳米线阵列在350 nm处有一个发射峰,被归结为是宽带隙CuAlO2的紫外近带边发射,即自由激子的重复合发光。
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