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CuAlO2薄膜是以Cu+为基础的p型TCO薄膜中的一种，间接带隙Eg=1.8eV，直接带隙Eg=3.5eV，是一种宽禁带p型半导体材料，在可见光范围内具有高透射率。CuAlO2在未掺杂时就具有p型导电性，参与导电的空穴被认为来源于制备过程中形成的本证缺陷。CuAlO2除了透明导电性以外，最近又发现其具有光伏特性、对臭氧的气敏特性、场发射特性、热电特性以及光催化特性等。CuAlO2薄膜未来最主要的应用为透明太阳能电池和臭氧传感器。可以使用用n型的ZnO和p型的CuAlO2制作出全透明光伏器件，显示了CuAlO2基太阳能电池器件所具有的前景。虽然CuAlO2已逐渐成为一个多功能半导体材料，但作为TCO薄膜最重要的性质之一，导电性能的改进依然不明显。现阶段薄膜的室温电导率只有0.095S·cm-1，在后期的大多数研究中，电导率的平均水平约在l0-3S·cm-1，这远低于商业上使用的n型TCO，为了将P型TCO推向市场，真正实现器件的透明化，就必须大幅提高其电导率。要想实现CuAlO2在光电器件中的实际应用，需要对CuAlO2电导特性和能带进行控制，这些涉及到了CuAlO2生长工艺参数以及退火处理的再结晶改善作用[2-3]。具有极高的研究价值。论文网
1.2 p型透明导电氧化物CuAlO2的晶体结构
CuAlO2是一种超晶格材料，有较好的热电性能。CuAlO2 是铜铁矿结构的晶体材料晶体结构示于图1.1，它属于R3m空间群，晶格常数为a=0.28571 nm，c=1.694 nm。该晶胞中具有3个特征结构单元：平行c轴分布的O-Cu-O哑铃结构，垂直c轴的六角Cu层，以及AlO6共享边八面体，CuAlO2的晶体结构中Al位于八面体位，Al-O结合作为支撑O-Cu-O结构的分子骨架。在CuAlO2晶体中Cu原子需要提供2个自由电子才能与上下2个O原子同时成键，而Cu+只能提供1个自由电子，因此1个O-CuO哑铃结构产生1个空穴，该空穴在六角Cu层中更易迁移，因此CuAlO2 显p型导电特性[4]。
图1.1 CuAlO2的晶体结构
1.3 CuAlO2薄膜的性能
1.3.1 CuAlO2的光学性能
CuA1O2是一种宽禁带p型半导体材料，其光学禁带宽度约为3.5ev。作为下一代p型TCO强有力的竞争者，其光学性能尤为重要.其光学性能与化学组成、能带结构、氧空位数量以及结晶程度密切相关。1997年，用PLD法生长的CuAlO2薄膜在可见光区域的透过率在40%以下，如此低的可见光根本满足不了商用TCO的要求。1999年美国科罗拉多大学的staube等人[5]首次报道了R.F.磁控溅射制得的CuAlO2薄膜，其可见光范围内的透过率达到70-80%。印度Jadavpur大学物理系的Banerjee等人连续报道了用DC磁控溅射法制得的CuAlO2薄膜。他们用Cu2O和A12O粉末在1100°C下烧结，然后压成陶瓷靶作为靶材，在Ar和O2的混合气氛中溅射，最后退火所得的薄膜在室温下的电导率达到0.08S·cm-1，在可见光范围内的透过率为70%左右[6]。接着他们又制备了纳米结构的p型导电CuAlO2薄膜。研究发现，光学禁带宽度基本上随溅射时间的增加而减小，当溅射时间为3分钟时，可见光透射率几乎达到99%，他们认为这是由于量子尺寸效应(薄膜晶粒尺寸比较小，30nm左右)减少了光子的在晶界间的散射和晶粒中的吸收。
1.3.2 CuAlO2的电学性能
和光学性能一样，电学性能也是CuAlO2薄膜很重要的性质。但是，CuAlO2价带边氧离子的强烈局域化效应，对空穴的吸引力很大，致使其导电率比实用的n型TCOS导电率低3-4个数量级。通常认为引起CuA1O2薄膜p型导电的原因为材料中金属缺陷（或氧过量），其中金属缺陷将扮演重要角色。1997年Kawazoe等人[7]发表了关于，p型透明导电膜CuAlO2薄膜的研究报告，他们用激光剥离的方法，在单晶蓝宝石基上沉积得到了空穴迁移率为10.4cm2v-1s-1，室温下的电导率为9.5×10-1S·cm-1空穴浓度为1.3×1017cm-3的p型TCO薄膜。stautie等人用高温PLD（HT-PLD）制得的薄膜，先在1050°C退火，然后在700°C的O2保护下退火3小时可以使其载流子浓度达到1.4×1018cm-3。Tonooka等人[8]分别用铜铝的醇盐和硝酸盐作为铜源和铝源，配置成三种溶液。发现用硝酸盐作为前驱体制成的薄膜有较低的电阻率，而且在空气中1100°C烧结4h后的薄膜有最低的电阻率。文献综述