p-型過渡金屬氧化物的制備和物性研究.pdf

1、透明導(dǎo)電氧化物(TCO)作為平面顯示、太陽能電池、低輻射窗和有機(jī)光電器件的關(guān)鍵組成部分變得日益重要。當(dāng)前的TCO工業(yè)主要由n-型的ITO和ZnO等材料所控制，然而，p-型TCO材料的缺乏限制了它們作為紫外-藍(lán)光領(lǐng)域器件的潛在應(yīng)用。如何提高其透光性和電導(dǎo)率是p-型TCO材料研究的重點(diǎn)。自從Kawazoe等人報(bào)道了CuAlO2這種p-型透明導(dǎo)電氧化物以來，具有銅鐵礦結(jié)構(gòu)的CuMO2系列材料(其中M為三價(jià)離子)重新喚起了研究人員的興趣。

2、 在本論文中，我們系統(tǒng)地研究了CuCr1-xNixO2(0≤x≤0.06)材料的結(jié)構(gòu)和電學(xué)性質(zhì)，并且結(jié)合X射線光電子能譜分析了未摻雜和摻雜樣品的輸運(yùn)機(jī)制。同時(shí)我們也研究了Nd0.5Sr0.5Mn1-xCrxO3的電磁輸運(yùn)和超聲聲速特性。 1.Ni-摻雜CuCrO2的結(jié)構(gòu)性質(zhì)CuCr1-xNixO2(0≤x≤0.06)系列樣品的晶體結(jié)構(gòu)由X射線粉末衍射式樣確定，結(jié)果顯示樣品為具有銅鐵礦結(jié)構(gòu)的單相多晶樣品。為了進(jìn)一步研究Ni2+的

3、摻雜對(duì)體系結(jié)構(gòu)造成的影響，我們進(jìn)行了樣品的拉曼光譜研究。結(jié)果表明摻雜后雖然沒有引起整個(gè)晶體對(duì)稱性的明顯改變，但是，某些對(duì)稱振動(dòng)模受到了影響。為了驗(yàn)證摻雜前后樣品中載流子種類的不同，我們考察了x=0和x=0.06樣品的X射線光電子能譜譜圖。分析結(jié)果說明：對(duì)于x=0的樣品，Cu元素的價(jià)態(tài)為+1價(jià)；對(duì)于x=0.06的樣品，Cu元素的價(jià)態(tài)除了+1價(jià)外，還存在+2價(jià)。為了更好地理解樣品的透光性，我們還進(jìn)行了CuCrO2的電子結(jié)構(gòu)計(jì)算。 2

4、.Ni-摻雜CuCrO2的電學(xué)輸運(yùn)性質(zhì)我們對(duì)樣品在160-1000K溫區(qū)的導(dǎo)電率進(jìn)行了測(cè)量，所有樣品在測(cè)量溫區(qū)的導(dǎo)電符合半導(dǎo)體導(dǎo)電行為。我們還對(duì)樣品的電導(dǎo)率-溫度曲線進(jìn)行了分段擬合：對(duì)于x=0，0.02，0.04和0.06的樣品，發(fā)現(xiàn)在200-300K溫區(qū)，樣品的電導(dǎo)率可以用普通熱激發(fā)模型擬合，由擬合所得到的激活能分別為0.29，0.24，0.23和0.23eV；在560-870K溫區(qū)，樣品的電導(dǎo)率可以用小極化子躍遷模型擬合，由擬合所得

5、到的激活能分別為0.24，0.10，0.08和0.08eV。隨著Ni2+離子摻雜量的增加，樣品的電導(dǎo)率迅速提高。室溫下，x=0.06的電導(dǎo)率為0.047Scm-1，比未摻雜樣品的電導(dǎo)率(9.49×10-4Scm-1)提高了兩個(gè)數(shù)量級(jí)。熱電勢(shì)測(cè)量表明CuCr1-xNixO2(0≤x≤0.06)系列樣品都為p-型導(dǎo)電。 3.Nd0.5Sr0.5Mn1-xCrxO3的電阻、磁化率和超聲性質(zhì)我們系統(tǒng)測(cè)試了Nd0.5Sr0.5Mn1-xC

6、rxO3(0≤x≤0.2)多晶樣品在低溫下的縱波超聲聲速、電阻和磁化率行為。電阻測(cè)量表明：隨著Cr3+離子的摻雜，體系的絕緣體-金屬轉(zhuǎn)變溫度向低溫方向移動(dòng)，同時(shí)體系的電荷有序態(tài)消失，且樣品的電阻率逐漸變大。磁化率結(jié)果顯示體系的鐵磁轉(zhuǎn)變溫度也向低溫方向移動(dòng)且飽和磁化強(qiáng)度逐漸減小。這些結(jié)果是由于Cr3+具有與Mn4+相同的電子構(gòu)型，且Cr3+的介入弱化了體系的雙交換作用所造成的。對(duì)于x=0的樣品，隨著溫度從室溫逐漸下降，其超聲性質(zhì)表現(xiàn)：樣品