W掺杂ZnO透明导电薄膜的理论及实验研究

• 作者: 刘阳 宋庆功 张晓丹 王延峰 赵颖 魏长春 黄茜
• 来源期刊: 物理学报
• 学科: 工学
• 关键词: WZO薄膜 第一性原理 磁控溅射 太阳电池
• 年，卷（期）: 2012,（13）
• 所属期刊栏目: 凝聚物质：电子结构、电学、磁学和光学性质
• 页码范围: 481-486
• 分类号: TN304.055
• 语种: 中文

摘要

本文从理论与实验两方面入手,对高价态差金属W掺杂ZnO（WZO）薄膜材料的特性进行分析讨论.采用基于密度泛函理论的平面波赝势方法对WZO材料特性进行理论分析,计算结果表明：W以替位形式掺入ZnO六角纤锌矿晶格结构中,由于W—O键的键长较长引起晶格常数增加,产生晶格畸变;掺杂后费米能级进入导带,其附近的导电电子主要由W 5d,O 2p及Zn 3d电子轨道提供,材料表现出n型半导体的特性;同时能带简并效应使其光学带隙展宽.为进一步验证该理论分析结果的适用性,本文采用脉冲直流磁控溅射技术进行了本征ZnO及WZO薄膜的实验研究,结果表明：W掺入未改变ZnO的生长方式,但引起薄膜的晶格常数增加,电阻率由本征ZnO的1.35×10~（-2）Ω·cm减小到1.55×10~（-3）Ω·cm,光学带隙由3.27 eV展宽到3.48 eV.制备的WZO薄膜在400-1100 nm的平均透过率大于83%.实验结果对理论计算结果进行了验证,表明WZO薄膜作为透明导电薄膜的应用潜力.