發(fā)布時間：2018-09-11 06:13

【摘要】：氧化亞銅在光伏電池、光催化、隨機(jī)存儲器、薄膜晶體管等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。它在玻色愛因斯坦凝聚等理論研究中也起著非常重要的作用。目前的研究主要關(guān)注于其在太陽能電池中的應(yīng)用,氧化亞銅的原材料儲量豐富、無毒性以及低成本等優(yōu)點具有很大的優(yōu)勢。然而現(xiàn)在報道的最高轉(zhuǎn)換效率(6.1%)距離20%的理論極限還有很大差距。為了獲得高質(zhì)量、低電阻的氧化亞銅薄膜,很有必要對氧化亞銅薄膜的生長行為開展系統(tǒng)的研究。基于目前的研究現(xiàn)狀,本文中使用了射頻等離子體輔助分子束外延技術(shù),選擇氧化鎂和硅等立方晶系襯底,制備出氧化亞銅薄膜,并采用反射式高能電子衍射儀、X射線衍射儀、高分辨透射電子顯微鏡、原子力顯微鏡、掃描電子顯微鏡、光致發(fā)光譜等測試方法研究了氧化亞銅薄膜的生長動力學(xué)行為及光電特性。首先我們在氧化鎂(110)襯底上通過同質(zhì)外延引入小面化的{100}面,然后在小面化的氧化鎂(110)襯底上使用兩步法外延出單一價態(tài)、單一相的氧化亞銅(113)薄膜。我們對該薄膜復(fù)雜的反射式高能電子衍射圖樣進(jìn)行了仔細(xì)地分析,推斷出薄膜的取向關(guān)系以及180°旋轉(zhuǎn)疇的存在,并通過X射線衍射和高分辨透射電子顯微鏡的結(jié)果證實了這些結(jié)論。氧化亞銅(113)薄膜呈現(xiàn)連續(xù)、均勻的表面形貌,具有良好的電性,而這些特性可能是由于氧化亞銅與氧化鎂界面存在大量的失配位錯釋放應(yīng)力而抑制島的形成所導(dǎo)致的。硅與氧化亞銅之間存在很大的失配,因此我們采用氧化鈹作為中間層和擴(kuò)散勢壘,阻擋銅向硅中的擴(kuò)散和反應(yīng)。我們研究了不同的生長溫度對氧化亞銅緩沖層的影響,發(fā)現(xiàn)低溫會導(dǎo)致氧化亞銅多晶化,而高溫會使氧化鈹中間層發(fā)生相變從而使氧化亞銅向氧化銅轉(zhuǎn)變。于是我們采取雙緩沖層獲得了單一取向的氧化亞銅(111)薄膜。另外,我們在硅襯底上直接沉積銅膜并低溫氧化,結(jié)果并沒有發(fā)現(xiàn)氧化亞銅的相。所有樣品中都出現(xiàn)了硅化銅,它可能是氧化亞銅薄膜中高空穴遷移率的起源。
[Abstract]:Cuprous oxide has broad application prospects in photovoltaic cells, photocatalysis, random access memory, thin film transistors and so on. It also plays an important role in the theoretical study of Bose-Einstein condensation. The current research focuses on the application of cuprous in solar cells. Cuprous oxide has many advantages, such as abundant raw materials, non-toxicity and low cost. However, the reported maximum conversion efficiency (6.1%) is still far from the theoretical limit of 20%. In order to obtain high quality and low resistance cuprous oxide thin films, it is necessary to study the growth behavior of cuprous oxide thin films. Based on the present research situation, copper oxide thin films were prepared on cubic crystal substrates such as magnesium oxide and silicon by radio frequency plasma-assisted molecular beam epitaxy (MBE) technique, and X-ray diffractometer was used. High resolution transmission electron microscope, atomic force microscope, scanning electron microscope and photoluminescence spectroscopy were used to study the growth kinetics and photoelectric properties of cuprous oxide thin films. First, we introduce the facet {100} surface on MgO (110) substrate by homoepitaxy, and then we use two-step method to epitaxial the single valence, single-phase cuprous oxide (113) film on the facet MgO (110) substrate. We have carefully analyzed the complex reflective high-energy electron diffraction patterns of the thin films and inferred the orientation relationship of the films and the existence of 180 擄rotational domains. These conclusions are confirmed by X-ray diffraction and high resolution transmission electron microscopy. Cuprous oxide (113) thin films exhibit continuous uniform surface morphology and good electrical properties which may be due to the existence of a large amount of mismatch dislocation release stress at the interface between cuprous oxide and magnesium oxide which inhibits the formation of islands. There is a great mismatch between silicon and cuprous oxide, so beryllium oxide is used as the intermediate layer and diffusion barrier to block the diffusion and reaction of copper into silicon. We have studied the effect of different growth temperature on cuprous oxide buffer layer. It is found that low temperature will lead to polycrystallization of cuprous oxide, while high temperature will make beryllium oxide interlayer phase transition to copper oxide transition. Therefore, a single orientation cuprous oxide (111) thin film was obtained by double buffer layer. In addition, copper films were deposited on silicon substrates and oxidized at low temperature, and no phase of cuprous oxide was found. Copper silicide appears in all samples, which may be the origin of high hole mobility in cuprous oxide films.
【學(xué)位授予單位】：北京郵電大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TN304.21

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本文編號：2235848