透明导电氧化物(TCO)薄膜材料的研究与应用由来已久,但是大多数被广泛应用的薄膜材料都是N型材料,对于P型薄膜材料的研究还不成熟。铜铁矿结构的三元氧化物材料(如CuAlO₂)被发现以来,得到了较高的重视。它是一种P型半导体材料,有一定透过率和电导率。但是目前大多数对该薄膜材料的透过率研究都局限于可见光波段,并且该材料电导率也不理想。若是能够通过掺杂等手段对其进行性能改善,提高这种材料的光电性能,就可以将它广泛应用于军事、工业和生活生产等方面,并能极大促进透明氧化物半导体领域的发展,具有非常重要的意义。本课题来源:国家自然科学基金项目,项目名称:铜铁矿结构CuXO2红外透明导电薄膜的光电性能和择优取向制备研究,项目编号:NO.11404129。该项目要求薄膜性能指标:红外透过率大于80%,电导率大于2 S/cm。本文针对项目要求,做了如下工作:1.采用溶胶凝胶法,在石英衬底上分别制备Ca²⁺、Zn²⁺、Fe³⁺离子掺杂的CuAlO₂和CuCrO₂薄膜,并改变制备过程中元素掺杂浓度。从薄膜晶体结构、元素价态、形貌结构、透过率、电导率等方面讨论各薄膜样品组的性能。实验结果表明:采用该方法成功制备出了铜铁矿结构的CuAlO₂和CuCrO₂薄膜,经过掺杂后的薄膜在透过率和电导率方面有不同程度的提升。其中掺杂7%Fe³⁺离子的CuAlO₂薄膜在近红外区的透过率达到87%;掺杂5%Zn²⁺离子的CuCrO₂薄膜电导率达到3.88S/cm。2.采用磁控溅射法,以Cu靶和Al靶为溅射源,在蓝宝石衬底上沉积薄膜。改变制备过程中的溅射功率,溅射时间,溅射气氛。将溅射后的薄膜分别经过空气和氮气退火,最终得到CuAlO₂。通过对比实验,得到最佳溅射条件为:溅射功率Cu:40w,Al:160w,溅射时间20min,纯氩气环境。该条件下能够得到纯相CuAlO₂薄膜,薄膜厚度为116nm,表面粗糙度均方根为11.7nm。和溶胶凝胶法相比,磁控溅射法制备的薄膜表面形貌有显著改善,该方法制备的薄膜在红外波段透过率达到83%。3.改变放置时间、温度、湿度等环境因素,观测CuAlO₂薄膜形貌稳定性情况。实验结果表明:放置时间的长短对薄膜形貌结构影响较小;温度和湿度的提升会使薄膜表面形貌发生缺陷,湿度越大或者温度越高,对薄膜造成的缺陷越大。