硫族元素（S、Se和Te）氧位替代对p型CuAlO2薄膜表面电子态和透明导电性的影响

The p-type CuAlO2 films attract widely attention due to their unique optoelectronic properties. However, the relatively low conductivity of p-type CuAlO2 films limits their further development and application. This project will systematically study different chalcogen elements doping, different doped-concentrations of chalcogen as well as effects of chalcogen substituting for O on surface electronic states and transparent conductivity of p-type CuAlO2 thin films, and establish adjustable conductive models. The main contents include: (1) the different chalcogen elements (S、Se or Te) doping models will be established, to find the law of effects of chalcogen substituting for O on optoelectronic properties and the best doped-element; (2) the different doped-concentrations of chalcogen elements p-type CuAlO2 films models will be obtained, to get the influences of doped-concentrations on electronic structures and optoelectronic properties and the optimum amount of chalcogen-doping; (3) the effects of doped-elements and doped-concentrations on surface electronic states will be studied, and the conductive models of chalcogen substituting for O will be obtained. Finally, the conductive mechanisms and models provide theoretical and experimental guidances for further development and application of p-type CuAlO2 films.

p型CuAlO2薄膜因其在光电领域的独特性能，引起了人们的广泛关注。然而，p型CuAlO2薄膜相对较低的电导率限制了其进一步的发展和应用。本项目将系统研究不同硫族元素掺杂、不同浓度硫化掺杂以及其对薄膜表面电子态和薄膜透明导电性的影响，建立电导率可调p型CuAlO2薄膜模型，主要研究内容包括：（1）建立不同的硫族元素（S、Se或Te）氧位替代p型CuAlO2薄膜，揭示S、Se或Te替代对薄膜光电性能的影响规律，寻找最合适的氧位替代元素；（2）对p型CuAlO2薄膜进行不同浓度的硫族元素氧位替代，研究掺杂浓度对薄膜微观电子结构及其光电性能的影响，得到每种硫族元素的最佳浓度掺杂量；（3）分析掺杂元素和掺杂量对薄膜表面电子态的影响规律，并建立硫族元素（S、Se和Te）氧位替代p型CuAlO2薄膜的导电模型。最后，导电机制和模型的建立为p型CuAlO2薄膜的进一步发展和应用提供理论和实验指导。

p型CuAlO2薄膜因其在光电领域的独特性能，引起了人们的广泛关注。然而，p型CuAlO2薄膜相对较低的电导率限制了其进一步的发展和应用。本项目将系统研究不同硫族元素掺杂、不同浓度硫化掺杂以及其对薄膜表面电子态和薄膜透明导电性的影响，建立电导率可调p型CuAlO2薄膜模型，主要研究内容包括：（1）建立不同的硫族元素（S、Se或Te）氧位替代p型CuAlO2薄膜，揭示S、Se或Te替代对薄膜光电性能的影响规律，寻找最合适的氧位替代元素；（2）对p型CuAlO2薄膜进行不同浓度的硫族元素氧位替代，研究掺杂浓度对薄膜微观电子结构及其光电性能的影响，得到每种硫族元素的最佳浓度掺杂量；（3）分析掺杂元素和掺杂量对薄膜表面电子态的影响规律，并建立硫族元素（S、Se和Te）氧位替代p型CuAlO2薄膜的导电模型。主要研究结果如下：硫化后的结构参数随着原子序数的增加而增加，并在富铝条件下更容易硫化；计算得到的带隙随着原子序数的增加而减小，这是由于更好的共价杂化；硫化导致了吸收红移。对表面分析表明，需要至少5层来保持表面计算的收敛；在形成表面后，带隙减低，表面的铜和氧原子的共价性增加，并且在表面形成正电荷层。计算表明掺杂原子半径越大，掺杂过程越困难；同时，掺杂过程从外到内将越来越困难；表面掺杂在富铝条件下更加容易；能带、态密度、受主能级等被分析和讨论。最后，导电机制和模型的建立为p型CuAlO2薄膜的进一步发展和应用提供理论和实验指导。