ZnO∶Mo薄膜的電學性能分析
圖2 顯示,ZMO薄膜的電阻率隨著摻雜濃度的增加是先減小的,在摻雜量為1.5wt%達到最小值:1.97 ×10 -3 Ω·cm。但是,當摻雜量大于1.5wt%時,電阻率開始顯著增大。這可能是當Mo6+ 以替代形式占據晶格中的離子Zn2+時,由于不符合化學配比而出現多余的電子,這些電子被束縛在摻雜離子周圍,在室溫下就可有足夠的能量使之脫離束縛形成自由運動的載流子,并且隨著摻雜的濃度增加,載流子濃度增加,這樣電阻率就急劇下降。同時由于Mo6+ 半徑(0.59nm)比Zn2+ 半徑(0.74nm)小,會引起晶格缺陷,并且這種晶格缺陷所引起的電子散射隨著鉬摻雜量的增加而增強,從而導致ZMO薄膜電阻率的增大。
圖2 ZMO薄膜中鉬摻雜量與電阻率變化關系
圖3顯示,基片溫度在200 ℃以下時,提高玻璃基片溫度,可以降低薄膜的電阻率,并在200 ℃時達到最小值1.97 ×10 -3 Ω·cm。但當基片溫度高于200 ℃時,電阻率則迅速增大,甚至在350 ℃以上幾乎絕緣。這是由于在較低的基板溫度下,薄膜結晶性差、間隙原子多,并且由于晶粒尺寸較小而引起晶界增加等缺陷,都會嚴重影響薄膜的電阻率和載流子的遷移率; 較高的基板溫度可以改善薄膜的結晶度,并有利于晶粒生長,使晶界以及間隙等缺陷減少,從而提高薄膜的導電性能;但是過高的基板溫度會增加離子的活性,使鉬離子和氧離子充分反應,減少了薄膜中的氧空位和離子替位,載流子濃度也隨之下降,因此薄膜的導電性變差。
圖3 在Mo含量為1.5wt% 時不同基片溫度下制備的ZMO薄膜的電阻率
在基片溫度為200 ℃、摻雜量為1.5wt%時,薄膜的遷移率達37.0cm 2V-1s-1,而這比一般摻雜低價態離子的ZnO薄膜的遷移率高,如V.Musat等制備的ZAO薄膜的遷移率為34.1cm 2V-1s -1,T.Yamamoto等制備的ZnO∶Ga 薄膜的遷移率為27cm2V-1s-1,TominagaK 等制備的ZnO∶In 薄膜的遷移率為12cm 2V-1 s -1,因此摻雜高價態離子Mo的ZMO薄膜具有較高的遷移率。
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