【摘 要】
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宽带隙金属氧化物半导体因其优异的电学和光学性能而被广泛研究,并被应用于各种光电领域及能源领域中。Zn O和Sn O2作为典型的宽带隙氧化物半导体,具有合适的带隙、高可见光透明度、高电导率以及优异的化学稳定性,被广泛应用在透明导电薄膜领域。然而,对于Zn O,由于受主杂质在Zn O中具有较高的形成能和较深的受主能级,目前仍然难以获得具有可重复制备的、高质量及高空穴浓度的p型Zn O。对于Sn O2,
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宽带隙金属氧化物半导体因其优异的电学和光学性能而被广泛研究,并被应用于各种光电领域及能源领域中。Zn O和Sn O2作为典型的宽带隙氧化物半导体,具有合适的带隙、高可见光透明度、高电导率以及优异的化学稳定性,被广泛应用在透明导电薄膜领域。然而,对于Zn O,由于受主杂质在Zn O中具有较高的形成能和较深的受主能级,目前仍然难以获得具有可重复制备的、高质量及高空穴浓度的p型Zn O。对于Sn O2,利用带隙可调的能带工程,可以优化光电器件的性能,但目前尚缺少合适的掺杂元素用以实现Sn O2的带隙工程。本论文针以上问题,开展了如下研究:（1）利用高温高压技术制备了Sb掺杂的Zn O块体,并对Sb掺杂Zn O的结构、组分以及光、电、磁学性质进行了表征;（2）利用溶胶凝胶法制备了Ti掺杂Sn O2薄膜(TixSn1-xO2),实现了Ti组分调节TixSn1-xO2带隙的带隙工程,研究了Ti组分对TixSn1-xO2薄膜光学、电学性质影响的规律和机制,提供了相应的解释。主要研究成果如下:1、利用具有热力学准平衡态的高温高压法合成了具有高空穴浓度的Sb掺杂p型Zn O,发现Sb掺杂Zn O具有室温铁磁性,低温光致发光证实了铁磁性的来源与Sb杂质诱导的锌空位(VZn)有关。变温电阻测量结果表明,在接近室温时,Sb掺杂的Zn O的导电机理服从热激活模型和最近邻跳跃（NNH）电导机制,随着温度的降低逐渐转变为Mott变程跳跃（VRH）电导和Efros-Shklovskii VRH电导占主导。第一性原理计算进一步表明,Sb杂质附近的VZn可以稳定铁磁性,很好地支持了实验结果。2、利用溶胶-凝胶法并结合热处理工艺,制备了TixSn1-xO2（0≤x≤0.12）薄膜。实验发现当Ti组分增加时,TixSn1-xO2薄膜的光学带隙（optical bandgap）变窄,这与第一原理计算的吸收谱一致。对Ti掺杂前后Sn O2的能带结构的计算结果表明,与未掺杂Sn O2相比,当Ti掺杂后,其基本带隙（导带底和价带顶之间的能量差,fundamental bandgap）变宽,这与光学带隙的变化相反。基于第一原理计算,给出了基本带隙和光学带隙变化趋势不同的物理机制。
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