In掺杂氮化亚铜薄膜的电学、光学和结构特性研究.pdf

物理学报 Acta Phys. Sin. Vol. 62, No. 11 (2013) 118104 In 掺杂氮化亚铜薄膜的电学、光学和结构特性研究* 12† 2 3 4 3 杜允 鲁年鹏 杨虎 叶满萍 李超荣 1) ( 杭州电子科技大学信息工程学院, 杭州 310018 ) 2) ( 中国科学院物理研究所表面物理国家重点实验, 北京 100190 ) 3) ( 浙江理工大学理学院, 杭州 310018 ) 4) ( 中国计量学院光学与电子科技学院, 杭州310018 ) ( 2013 年3 月9 日收到; 2013 年4 月11 日收到修改稿) 采用射频磁控溅射方法, 在低功率和低温条件下利用纯氮气作为反应溅射气体制备出不同In 含量的三元氮化 物Cu In N 薄膜. 研究发现In 掺杂浓度对薄膜微结构、形貌、表面化学态以及光学特性有灵敏的调节作用. 光电子 x y 峰、俄歇峰、俄歇参数的化学位移变化从不同角度揭示了不同含量In 掺杂引起的原子结合情况的变化. XPS 结果 显示In 含量小于8.2 at.%的样品形成了Cu-In-N 键. 对In 含量为4.6 at.% 的样品进行XRD 和TEM 结构测试, 实验 结果肯定了In 原子填充到Cu N 的反ReO 结构的体心位置. 并且当In 含量增至10.7 at.%时, 薄膜生长的择优取向 3 3 从之前占主导地位的(001) 方向转变为(111) 方向. 此外, 随着In 含量的增加, 薄膜的R-T 曲线从指数形式变为线性. 当In 含量为47.9 at.%时, 薄膜趋于大温区恒电阻率材料, 电阻温度系数TCR 仅为-6/10000. 光谱测量结果显示In 摻 杂使得氮化亚铜掺杂薄膜的光学帯隙从间接帯隙变为直接帯隙. 由于Burstein-Moss 效应, 帯隙发生蓝移, 从1.02 eV 到2.51 eV, 实现了帯隙连续可调. 关键词: 三元氮化物, 薄膜, 光学特性, 氮化亚铜 PACS: 81.15.Cd, 68.55.Jk, 68.55.Nq DOI: 10.7498/aps.62.118104 光学帯隙从0.8—1.9 eV5101220−23 . 1 引言 另外, 一些元素可填充到Cu N 的反ReO 结 3 3 构中, 形成反钙钛矿的结构, 从而亦可使已报道的 具有反ReO3 结构、低分解温度的氮化亚铜 材料特性存在很大差异. Maruyama 和Marushita10 (Cu N) 半导体材料, 在光信息存储和大规模集成 3 最早通过实验研究得到, 一定数量的Cu 原子填 1−3 电路方面具有非常光明的应用前景 . 最近, 该 充可增大Cu N 晶格常数, 当晶格常数大于临界值