赵学平，张 铭，白朴存，侯小虎，刘 飞，严 辉

(1.内蒙古工业大学材料科学与工程学院，呼和浩特 010051;2.北京工业大学材料科学与工程学院，北京 100124)

1 引 言

透明氧化物半导体(Transparent Oxides Semiconductors, TOSs)薄膜是一种在可见光区域具有良好透过率与导电性的材料，已经被广泛应用到平面显示、太阳能电池、触摸屏等领域，如掺Sn的In2O3[1]、掺F的SnO2[2]、掺Al的ZnO[3]等。在过去若干年里，TOSs薄膜虽然得到了长足发展，但是其应用却局限在红外反射涂层膜与透明电极方面，并未实现真正意义上的“透明器件”。究其原因：这些TOSs薄膜大多都是n型电子导电材料，而p型空穴导电TOSs薄膜非常少。1997年，Kawazoe等[4]基于价带化学修饰理论，首次设计并制备出了具有铜铁矿结构的p型TOSs薄膜CuAlO2，尽管该薄膜的电导率只有0.95 S/cm，但它却突破了p型TOSs薄膜长期缺乏的状况，奠定了全透明p-n结二极管和透明晶体管制备的基础，为半导体材料与器件开辟了一个基于“透明”意义的崭新领域。

CuAlO2薄膜室温电导率比成熟应用的n型TOSs薄膜低3～4个数量级，目前还无法使用CuAlO2与n型TOSs薄膜制备出具有良好整流特性的透明p-n结。为提高CuAlO2薄膜的p型空穴导电性能，国内外科研工作者开展了大量的研究工作。例如，在Cu位进行Pt元素掺杂[5]，在Al位进行Mg、Ca、Zn、Ni、Cr元素掺杂[6-12]，在O位进行N元素掺杂[13]，以及通过控制非化学计量比使晶格中形成间隙O或(与)Cu空位等[14-15]。在CuAlO2中，Al元素的价态决定了Al位更适合受主掺杂。Al的共价半径为0.118 nm，与之相近的二价金属主要有碱土金属Be(rc=0.090 nm)、Mg(rc=0.136 nm)、Ca(rc=0.174 nm)和过渡族金属Zn(rc=0.125 nm)、Cu(rc=0.117 nm)、Ni(rc=0.115 nm)。从上述金属元素共价半径数据可以看出，Cu元素与Al元素的共价半径最为接近，失配度仅为0.85%。……