随着科学技术的发展,人们对半导体材料尤其是TCO薄膜的性能提出了越来越高的要求。而p型TCO由于其电导率低、可见光透过率低的缺点,使其无法与n型TCO结合从而拓宽其应用场景。因此大幅提升p型TCO的光电性能成为了研究人员关注的热点。铜铁矿氧化物是目前制备p型TCO的热门材料,CuCrO2作为铜铁矿氧化物的一种,有着良好的本征空穴电导率、可见光透过率以及适合空穴导电的晶体结构,使其成为一种极具应用潜力的p型TCO。因此,本文在室温下采用射频磁控溅射技术和快速退火工艺制备了铜铁矿结构的CuCrO2薄膜。使用XRD、SEM和EDS等仪器表征了薄膜的微观结构,使用分光光度计对薄膜的光学特性进行了表征。分析了各项测试的结果,总结了制备本征薄膜以及Ni掺杂薄膜的工艺以及具体的机理。总的来说,本工作提供了一种制备性能较为优秀的p型TCO薄膜的方法。1、在制备本征CuCrO2薄膜时发现:室温下沉积得到的薄膜是非晶结构的,经973 K温度退火后得到的薄膜物相为CuCr2O4和CuO的混合相。在1073 K的退火温度下得到了铜铁矿结构的CuCrO2。在1373 K的退火温度下CuCrO2分解,Cu单质析出,透过率与电性显著下降。在1073 K的退火温度下测得了最佳的电性、最高的载流子浓度及迁移率,分别为2.2 Ω·cm、2.23×1018/cm3和1.28 cm2/Vs,薄膜霍尔系数为正,表明主要载流子是空穴。可见光平均透过率达到了 70%(薄膜厚度150 nm),光学带隙为3.13 eV。在1073 K退火温度处理后,薄膜在正负180度弯折的柔性衬底上电阻率的变化在15%以内。常温下在空气中放置12周后电阻率变化在0.005%以内。2、获得了 Ni掺杂CuCrO2薄膜的最佳制备工艺,即10%的掺杂浓度和973 K的后退火温度。制备出的CuCrO2:Ni薄膜的电导率达到3.176 S/cm,可见光平均透过率达到69%。掺杂后薄膜在平均可见光透过率几乎不变的情况下,电导率比本征CuCrO2薄膜的提升了近7倍。在CuCrO2中Ni掺杂的最高浓度为15~20%,其掺杂的主要机理如下:在经室温至目标温度之间退火获得的无序Cu-Cr-O-Ni系统中,Ni原子先作为形核剂以降低系统的相变阻力以及临界形核功阈值。待到形成的CuCrO2相时,Ni原子会以掺杂原子的形式对Cr原子进行取代。待退火温度升高到CuCrO2分解后,Ni原子在薄膜中重新作为促进Cu形核的形核剂而存在。