ZnO∶Mo薄膜的电学性能分析
图2 显示,ZMO薄膜的电阻率随着掺杂浓度的增加是先减小的,在掺杂量为1.5wt%达到最小值:1.97 ×10 -3 Ω·cm。但是,当掺杂量大于1.5wt%时,电阻率开始显著增大。这可能是当Mo6+ 以替代形式占据晶格中的离子Zn2+时,由于不符合化学配比而出现多余的电子,这些电子被束缚在掺杂离子周围,在室温下就可有足够的能量使之脱离束缚形成自由运动的载流子,并且随着掺杂的浓度增加,载流子浓度增加,这样电阻率就急剧下降。同时由于Mo6+ 半径(0.59nm)比Zn2+ 半径(0.74nm)小,会引起晶格缺陷,并且这种晶格缺陷所引起的电子散射随着钼掺杂量的增加而增强,从而导致ZMO薄膜电阻率的增大。
图2 ZMO薄膜中钼掺杂量与电阻率变化关系
图3显示,基片温度在200 ℃以下时,提高玻璃基片温度,可以降低薄膜的电阻率,并在200 ℃时达到最小值1.97 ×10 -3 Ω·cm。但当基片温度高于200 ℃时,电阻率则迅速增大,甚至在350 ℃以上几乎绝缘。这是由于在较低的基板温度下,薄膜结晶性差、间隙原子多,并且由于晶粒尺寸较小而引起晶界增加等缺陷,都会严重影响薄膜的电阻率和载流子的迁移率; 较高的基板温度可以改善薄膜的结晶度,并有利于晶粒生长,使晶界以及间隙等缺陷减少,从而提高薄膜的导电性能;但是过高的基板温度会增加离子的活性,使钼离子和氧离子充分反应,减少了薄膜中的氧空位和离子替位,载流子浓度也随之下降,因此薄膜的导电性变差。
图3 在Mo含量为1.5wt% 时不同基片温度下制备的ZMO薄膜的电阻率
在基片温度为200 ℃、掺杂量为1.5wt%时,薄膜的迁移率达37.0cm 2V-1s-1,而这比一般掺杂低价态离子的ZnO薄膜的迁移率高,如V.Musat等制备的ZAO薄膜的迁移率为34.1cm 2V-1s -1,T.Yamamoto等制备的ZnO∶Ga 薄膜的迁移率为27cm2V-1s-1,TominagaK 等制备的ZnO∶In 薄膜的迁移率为12cm 2V-1 s -1,因此掺杂高价态离子Mo的ZMO薄膜具有较高的迁移率。
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