氧化亚锡薄膜的双极性电学输运机理研究

高质量双极性（p型和n型）氧化物薄膜材料是氧化物基透明电子器件/电路发展的关键。本项目以双极性氧化亚锡（SnO）薄膜的制备及其双极性电学输运机理的阐明为目标导向，拟采用自主改装的等离子体光谱仪闭环控制的反应磁控溅射系统，通过优化动力学生长条件和后退火处理工艺，掌握双极性非故意掺杂SnO薄膜的可控制备技术；通过成分、电学、电子结构等方面的分析，建立薄膜的Sn/O比、Sn4+/Sn2+比与其电学性能（载流子极性、浓度及迁移率）之间的一一对应关系，探索薄膜中浅施主、浅受主、次能级、深能级等缺陷对其电学输运性能的影响规律，阐明其双极性电学输运机理，对澄清以往文献报道在这方面的学术争论具有重要的意义。本项目的研究成果在互补型透明器件及电路等方面具有重要的实际应用价值。

本项目已按既定的研究目标完成，所获研究成果超过预期。具体情况如下：.1）采用反应磁控溅射技术、后退火处理和表面钝化三种工艺相结合，分别获得了p型和n型SnOx薄膜，实现其空穴（电子）浓度在10^16-10^20 cm-3 (10^17-10^19 cm-3)范围内可调，最大室温迁移率约3.6 cm2 V−1 s−1。采用XRD、Raman、光谱椭偏仪、XPS及Hall效应测量等分析手段对薄膜的微结构、相组成、化学成分、光学及电学性能进行了详细研究，归纳整理出了制备工艺—薄膜结构、不同价态Sn（零价Sn、二价Sn和四价Sn）的百分含量—光学（折射率、带隙、透过率） 、电学（载流子迁移率、载流子浓度和电阻率）性能的对应关系，并确定了薄膜导电极性转变的物理机制，即受主与施主缺陷之间的补偿效应。.2）研究了各类缺陷态（零价Sn、四价Sn、过量的晶格氧、表面态）对薄膜电学性能（载流子浓度、迁移率及极性）的影响规律。表面态和适量的零价Sn、过量的晶格氧会增加薄膜中的空穴浓度，但是会降低空穴迁移率。四价Sn的存在则会补偿空穴载流子，达到一定量之后，会使薄膜的导电极性从p型转变到n型。通过晶体管器件模拟的方法获得了SnO带隙中亚带（包括次能隙态和深能级态）缺陷态密度随能量的分布图。.3）构筑了整流比高达90的SnO/Si-PN结，勾画了PN结的能带结构示意图，获得了SnO材料的相对介电常数和功函数的实验数据。.4）见刊学术论文6篇，其中SCI收录论文5篇，国际会议收录论文1篇，1篇荣获2011-2012宁波市自然科学优秀论文三等奖。到目前为止，2014年之前发表的4篇论文的总引用率已超30次（来源谷歌学术搜索）。此外，申请国家发明专利2项。.5）培养硕士研究生3名。参加国际会议1次：2013日本应用物理学会-材料研究学会共同会议（2013 JSAP-MRS Joint Symposia），并做了题名“Magnetron-sputtered SnO thin films for p-type TFT application”的分会口头报告。参加国内会议（CAD-TFT 2014，Nanjing）1次：题名“SnO ambipolar transistor based complementary electronics”。