[论文解读] Characterization techniques of Fe-doped CuO thin films deposited by the Spray Pyrolysis method

Fatima Zahra Chafi, L. Bahmad+4 more|arXiv (Cornell University)|Jul 13, 2018

Copper-based nanomaterials and applications参考文献 1被引用 13

一句话总结

本研究通过喷雾热解法合成铁掺杂的CuO薄膜，重点研究其结构、光学和电学性能。XRD、拉曼光谱和FTIR分析证实为单一相单斜结构的CuO；光学透光率可达80%，带隙宽度随铁掺杂略有增加至1.29 eV，霍尔效应测量证实为p型导电，载流子浓度和迁移率均可测量。

ABSTRACT

The Fe-doped CuO thin films were deposited onto glass substrates by Spray pyrolysis technique. The structural, micro-structural, optical and electrical properties of the synthesized samples were investigated in details. The X-Ray diffraction (XRD), Raman and Fourier Transform Infrared (FTIR) spectroscopy, confirmed that the studied samples exhibit single phase monoclinic structure of CuO. The UV-VIS spectrophotometer mentioned that the transmittance increases to 80 % when increasing the Fe concentration. Furthermore, the band gap energy of the obtained CuO was 1.29 eV. This value was slightly increased by the Fe substitution. In addition, the electrical properties of the films such as the conductivity, the mobility, the resistivity and the carrier concentration have been studied. The Hall Effect measurements confirmed the p-type conductivity of the studied films.

研究动机与目标

• 采用喷雾热解法合成铁掺杂的CuO薄膜，以期用于光电器件应用。
• 对薄膜的结构、微观结构、光学和电学性能进行详细表征。
• 评估铁掺杂对晶体相、光学透明度、带隙宽度和电导率的影响。
• 确认掺杂薄膜中p型导电性的存在，以期用于透明p型氧化物半导体。

提出的方法

• 在控制温度下，采用喷雾热解技术将铁掺杂的CuO薄膜沉积在玻璃基底上。
• 利用X射线衍射（XRD）、拉曼光谱和傅里叶变换红外（FTIR）光谱分析薄膜的晶体结构和相纯度。
• 采用紫外-可见分光光度法测量光学透光率并计算带隙能量。
• 通过霍尔效应测量确定电学性能，包括载流子浓度、迁移率、电阻率和电导率。
• 系统分析不同铁掺杂浓度下的薄膜，以评估掺杂效应。

实验结果

研究问题

• RQ1 铁掺杂是否能稳定通过喷雾热解法制备的CuO薄膜中的单斜相？
• RQ2 铁掺杂如何影响CuO薄膜的光学透明度和带隙能量？
• RQ3 铁掺杂CuO薄膜的电学性质（n型或p型）如何？掺杂对载流子浓度和迁移率有何影响？
• RQ4 铁掺杂在多大程度上通过XRD、拉曼和FTIR分析改善了薄膜质量和结构完整性？

主要发现

• XRD、拉曼光谱和FTIR分析证实形成了无二次相的单相单斜CuO结构。
• 随着铁浓度升高，光学透光率提高至80%，表明薄膜质量改善，具有潜在的透明导电应用前景。
• 铁掺杂CuO的带隙能量测量值为1.29 eV，由于铁取代而略有增加。
• 霍尔效应测量证实为p型导电，测得的载流子浓度、迁移率和电阻率值均具有可测量性。
• 电学性能表明，铁掺杂增强了半导体行为，支持其在p型透明氧化物半导体中的潜在应用。
• 高透明度、稳定的单斜结构和p型特性相结合，使铁掺杂CuO成为光电器件的有前途候选材料。