《多元透明導電氧化物的能帶調控與電子輸運特性研究》是依託山東大學，由呂英波擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：多元透明導電氧化物的能帶調控與電子輸運特性研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：呂英波
- 依託單位：山東大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
透明導電氧化物（TCOs）因晶格結構和組分元素變化多樣而呈豐富的電磁特性，但價格低廉的n型和導電率高的p型TCOs難以獲得。我們將研究TCOs的突破口置於對其能帶結構和輸運特性進行調控上面。採用理論模擬為先導、以實驗表征為支撐的方法，選擇IMTO（M=Zn、Cu、Cd、Mg、Ni、Al和Ga等）、A2B2O3（A=K、Na，B=Sn、Pb）為代表的多元透明導電氧化物（MTCOs），通過調整幾何結構（化學組分、晶格對稱性、應力等），尋找調控MTCOs的能帶精細結構和增加其帶邊發散性的關鍵因素，重點研究晶格內部原子軌道間的雜化作用對能帶結構的影響，進而分析載流子的有效質量和材料的光學頻寬的變化，建立MTCOs能帶調控的理論模型。以此為基礎由反向物性設計法獲取優良MTCOs的製備方法。我們使用HSE+G0W0+BSE方法精確描述由束縛激子引起的帶邊精細結構，使用磁控濺射法製備MTCOs。
結題摘要
透明導電氧化物（TCOs）因其晶體結構和組分元素變化多樣而呈現豐富的電磁特性，被廣泛套用於平板液晶顯示、薄膜電晶體和印刷電路等領域中。本項目使用組分替換、相變等手段調控基於In2O3的透明導電材料的光電特性。通過幾何結構、電子結構的理論分析發現Zn/Sn共摻可提高In2O3中雜質的摻雜比例，降低In的含量，並且能夠降低導帶底部的空間局域性和軌道局域性，這些都有利於載流子的產生和傳輸。其它的雜質摻雜形成的IMTO（In-M-Sn-O系統，M=Zn，Ga和Hg）也能夠有效降低材料載流子的有效質量和空間、軌道局域性。實驗製備了IZTO(In-Zn-Sn-O)-TFT，其遷移率達到17.53cm2V-1s-1，Ion/off為106。製備了ITO/AZO複合薄膜，發現其在近紅外光譜區的透過率有很大的提高。本項目提供了一種可替代ITO的材料製備方案，更有利於TCOs朝低成本和高性能方向的發展。研究了以NiO為代表的p型TCOs，我們製備的NiO:Cu材料的空穴遷移率最高可達45cm2V-1s-1，製成的NiO同質p-n節的電學性能優良。研究了半導體材料中載流子的散射機制，分析了在鈣鈦礦材料中聲子散射對載流子遷移率的影響。使用理論模擬的方法對材料載流子的有效質量隨溫度的變化關係作了研究，發現載流子的遷移率或者其所遭受的散射並能不簡單的套用某一種模型的公式就可以描述，必須結合材料的晶格結構和晶格振動做具體、合理的分析，尤其是要注意載流子的有效質量隨溫度變化這一現象。本項目的研究成果能有力的促進多元透明導電材料的進一步發展。本項目共發表SCI收錄論文13篇。
