《二氧化鈦外延單晶薄膜的製備及其特性研究》是依託山東大學，由馬瑾擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：二氧化鈦外延單晶薄膜的製備及其特性研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：馬瑾
- 依託單位：山東大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
二氧化鈦的帶隙寬度與氮化鎵和氧化鋅接近，物理化學性能穩定，是一種很有前途的寬禁帶半導體材料。採用MOCVD方法生長金紅石和銳鈦礦晶型氧化鈦單晶薄膜材料。用氧化鋯、氧化鎂、鋁酸鍶鑭和R型氧化鈦等單晶基片為襯底。系統地研究不同襯底上異質外延生長氧化鈦薄膜的晶格適配和製備工藝，確定外延生長氧化鈦單晶薄膜的最佳襯底材料（包括晶面取向）和製備工藝條件。研究同質外延生長氧化鈦單晶薄膜的最佳工藝參數。製備出高質量的氧化鈦單晶外延薄膜；研究純氧化鈦及其摻雜薄膜的晶格結構、缺陷、電光性質，包括電子輸運、光吸收和光發射性質。弄清薄膜的外延關係和生長機制、能級躍遷和發光機制、摻雜機理和導電機制；嘗試進行氧化鈦基場效應薄膜電晶體的製備和性能研究。高質量的氧化鈦外延單晶薄膜在透明電子器件、紫外探測器和透明電極等領域有著廣闊的套用前景，對氧化鈦單晶外延薄膜材料進行系統地研究，將為其在電子器件方面的實際套用奠定基礎。
結題摘要
二氧化鈦的帶隙寬度與氮化鎵接近，物理化學性能穩定，是一種很有前途的寬禁帶半導體材料。氧化鈦材料雖然在諸多方面都得到廣泛的研究並得到了實際的套用，但是氧化鈦作為是一種重要的氧化物寬禁帶半導體材料，卻沒有在半導體光電器件領域取得突破，主要原因就是缺乏單晶外延薄膜材料的製備研究。因此外延生長出高質量的TiO2單晶薄膜，並實現對薄膜電學性質的調控是非常必要地。在充分調研的基礎之上，選取摻釔氧化鋯(YSZ)、金紅石氧化鈦(r-TiO2)、鋁酸鍶鉭鑭(LSAT)、α-Al2O3、MgAl2O4、MgAl6O10、 LaAlO3、GaN（0001）/Al2O3和鈦酸鍶（STO）等多種單晶片作為襯底。首先，利用MOCVD方法成功製備出了金紅石、板鈦礦和銳鈦礦三種不同晶型的TiO2單晶外延薄膜，系統地研究了單晶薄膜的結構、化學組分、形貌、外延機理、光電學性質等。最佳化製備工藝條件，確定出外延關係。其次，在上述研究工作的基礎之上製備出了具有不同晶型結構的鈮、鉭和銦元素摻雜的TiO2薄膜，研究了薄膜的電學性質、導電機制和摻雜機理，實現了對TiO2薄膜電學性質的有效調控。然後，在MgAl6O10(100)襯底上外延Ta摻雜TiO2薄膜，製備出TiO2基金屬-半導體-金屬（MSM）結構的紫外光電探測器。製備的探測器在315nm處的光回響達到了32.3A/W；製備出TiO2基頂柵-頂接觸結構的薄膜電晶體（TFT），製備的TFT具有n溝道耗盡型器件特性，其開關電流比（Ion/Ioff）高達4.0×108，亞閾值擺幅僅為0.60V/dec， TFT器件飽和遷移率為4.4 cm2V−1s−1，均優於目前報導的TiO2基TFT器件。高質量的氧化鈦外延單晶薄膜在透明電子器件、紫外探測器和透明電極等領域有著廣闊的套用前景，對氧化鈦單晶外延薄膜材料進行系統地研究，將為其在電子器件方面的實際套用奠定必要地基礎。
