关键词：
CuCrO2
射频磁控溅射法
结构性能
pn结
整流特性
摘要：
CuCrO2是一种P型铜铁矿结构的透明半导体氧化物(TCO),在可见光范围具有较高的透光性和导电性,可以应用于光电材料的TFT开关、太阳能电池、平板显示、臭氧传感器等光电子领域。CuCrO2中的空穴主要来源于间隙氧、铜空位和铬空位,由于空穴的迁移率比较低,与n型TCO半导体材料相比,p-CuCrO2薄膜的电导率低了3～4个数量级,因此如何提高p-CuCrO2薄膜的性能是需要解决的重要问题。本文采用射频磁控溅射法在石英玻璃衬底上制备p型CuCrO2薄膜,并在硅衬底上制备了p-CuCr02/n-ZnO p-n结,优化薄膜的制备工艺,通过X射线衍射仪、场发射扫描电子显微镜、紫外-可见光分光光度计、Ⅰ-Ⅴ特性测试仪等对薄膜物相结构、表面形貌和光学性能表征,研究衬底温度、溅射功率和退火时间对p型CuCrO2薄膜的结构与光学性能影响以及p-CuCr02/n-ZnO p-n结的Ⅰ-Ⅴ特性,得出最优的工艺。研究结果总结如下：1)在氧氩比为1：4、溅射气压为2.0Pa、溅射功率为120W、溅射时间为90min、退火温度为800℃的条件下,以不同衬底温度条件制备的CuCrO2薄膜都具有3R铜铁矿结构;随着衬底温度的升高,CuCrO2薄膜择优方向由(006)面转到(012)面,同时薄膜的透光性能提高了,薄膜的光学带隙宽度变宽,薄膜的吸收峰向短波方向移动。2)在氧氩比为1：4、溅射气压为2.0Pa、衬底温度为500℃、溅射时间为90min、退火温度为800℃的条件下,以不同溅射功率条件制备的CuCrO2薄膜都具有3R铜铁矿结构;随着溅射功率的增加,发现薄膜的(012)峰越来越明显,薄膜的颗粒呈多边形状,颗粒大小均匀,薄膜逐渐变得平整光滑,薄膜在可见光范围内的平均透射率提高了,薄膜的光学带隙宽度变大,薄膜的吸收峰向短波方向移动。3)在氧氩比为1：4、溅射气压为2.0Pa、衬底温度为500℃、溅射功率为120W、溅射时间为90min、退火温度为800℃的条件下,经不同退火时间条件制备CuCrO2薄膜;通过退火处理后,薄膜为晶态,且都具有3R铜铁矿结构;随着退火时间的增加,(012)主峰逐渐增强,薄膜的结晶性能逐渐增强,孔隙缺陷降低,薄膜表面更平整,薄膜的吸收峰向短波方向移动。4)综上所述,制备CuCrO2薄膜的最优工艺条件为：氧氩比为1：4、溅射气压为2.0Pa、衬底温度为500℃、溅射功率为120W、溅射时间为90min、退火温度为800℃、退火时间为5h。在最优工艺下制备的CuCrO2薄膜,在可见光范围的透光率最大为77.5%,薄膜的光学带隙宽度为3.07eV。5)在本征硅和p型硅衬底上制备了p型CuCrO2薄膜和n型ZnO薄膜并成功形成p-CuCrO2/n-ZnO p-n结,不同衬底上制备的p型CuCrO2薄膜都具有3R铜铁矿结构,ZnO薄膜为纯相。通过对比,发现p-CuCrO2/n-ZnO p-n结制备在p型硅衬底上时,薄膜的颗粒较大,薄膜中的孔隙缺陷较低,薄膜更致密。6)当pn结在本征硅衬底上制备时,p-CuCrO2/n-ZnO p-n结的开启电压较大,为1V左右,在±2.0V偏压处,p-CuCrO2/n-ZnO p-n结的正向电流和反向电流的比值的绝对值为4。7)当衬底为P型硅时,开启电压减小,其开启电压为0.5V,在±2.0V偏压处,p-CuCrO2/n-ZnO p-n结的正向电流和反向电流的比值的绝对值为69,且pn结在-2.0V时没有发生击穿。可见：在p型硅衬底上制备的p-CuCrO2/n-ZnO p-n结整流特性更好。
