《新型MgO摻雜透明導電薄膜及其導電機理的研究》是依託深圳大學，由偰正才擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：新型MgO摻雜透明導電薄膜及其導電機理的研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：偰正才
- 依託單位：深圳大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
採用以輕金屬類氧化物-MgO的非晶態薄膜為主體材料，以摻雜C和H等方式，研究其薄膜實現自絕緣相至導電相轉換的可能性和可行性，進行下一代新型透明導電薄膜開發的探索性研究。本項目的創新點是（1）、直接以MgO絕緣材料為主體薄膜，以摻雜方式研究透明導電薄膜的可行性；（2）利用C摻雜的結構和H摻雜的缺陷中心相結合，研究薄膜的新型導電機理。
結題摘要
透明導電薄膜在平板顯示、太陽能電池等光電子技術領域有著舉足輕重的地位。傳統透明導電薄膜ITO材料因銦資源問題在未來光電子技術及產業中的矛盾日益突出，開發無銦系的新型透明氧化物導電薄膜或半導體薄膜成為人們努力的方向。我們基於非晶MgO薄膜為主體材料，利用C、H、F、Sn等元素摻雜並結合MgO薄膜結構缺陷（F和V中心），研究了傳統透明絕緣氧化物薄膜實現透明導電或半導體的可行性。 在MgO摻雜實現透明導電薄膜方面，（1）C摻雜MgO非晶薄膜，存在最佳摻雜比C/Mg(wt%)為1/5，膜厚300nm時方阻1.2 Ω/□，電阻率4.8×10-5 Ω•cm，遠小於相同工藝下製備的非晶C薄膜電阻（10×10-3 Ω•cm），這表明MgO-C薄膜具有與C膜不同的導電機制；（2）C摻雜有助於MgO-C薄膜為非晶結構，以及薄膜中高濃度F中心（O空位）的形成，摻雜C主要占據V中心（Mg空位）或Mg晶格位，與周圍O形成O-C鍵產生sp2雜化，當C摻雜量達到一定值時這種雜化與高濃度的F中心相結合形成MgO-C薄膜的導電通道，但同時又會導致C在薄膜中自成石墨相網路，從而影響其透明性；（3）H注入MgO-C薄膜時在V中心形成O-H鍵而成MgOHOC結構，因此提高了自由載流子濃度，而致電導率增強，但並不能改變MgO-C薄膜的導電機理；（4）Sn摻雜MgO薄膜呈完好的非晶結構，在最佳摻雜比下實現透明導電，500℃處理下透過率達85%以上。 為進一步探索非晶MgO摻雜的改性，我們利用MgO-Al2O3-SnO2、MgO-MgF2-SnO2、MgF2-SnO2等進行了2元和3元金屬透明氧化物半導體材料及薄膜的研究。（1）利用MgO-Al2O3為基材開發了無銦系的新型透明氧化物半導體薄膜材料，這種新型薄膜在300nm厚度下具有良好的非晶態，與僅為50nm厚度的IGZO非晶薄膜相比，更利於實現大面積下的TFT均勻性，用其實現的n-溝道增強型透明氧化物TFT，閾值電壓~0.7 V，亞閾值擺幅~ 0.3 V/decade，飽和場效應遷移率~ 6 cm2/Vs；（2）利用MgF2和SnO2的摻雜開發了一種新型p-型非晶透明氧化物半導體薄膜材料，同時通過摻雜量的控制可使這種新型薄膜實現n-型到p-型導電的反轉，這為開發雙極性氧化物半導體材料提供了一種新的途徑。這些成果已與企業相結合併正在進行套用研究和開發。
