透明导电CuCr1-xMgxO2(x=0～0.08)薄膜的固溶度扩展和c轴外延生长

采用脉冲激光沉积(PLD)技术,在0～15°斜切的α-Al2O3(0001)衬底上生长了c轴外延的CuCr1-xMgxO2(x=0～0.08)系列薄膜.随Mg掺杂量增加,薄膜均为单相铜铁矿结构,表现出符合Arrhenius热激活模式的半导体电输运行为,室温电阻率单调下降2～3个数量级,热激活能由0.22 eV下降至0.025 eV,由此推断薄膜中Mg的固溶度至少为0.08,与多晶(～0.03)相比显著扩展.这是由于PLD薄膜生长具有非平衡、瞬时爆炸特征,使靶材第二相(MgCr2O4)中的Mg重新以等离子态定向运输到衬底上,迁移固溶到薄膜晶格中,固溶度扩展.薄膜(x=0,0.02)在380～780 nm可见光区的透过率为60％～80％,直接光学带隙Eg分别为3.06 eV、3.04 eV.更多Mg2+替代Cr3+时,会在价带顶上方引入受主能级并展宽,使热激活能显著下降,产生更多空穴载流子,透过率和光学带隙略有下降;Mg固溶到晶格中,促进薄膜层状晶粒长大,外延性提高,使电阻率进一步下降.