二氧化钛薄膜的氮离子掺杂研究

本研究报道了考虑作为透明导电氧化物 (TCO) 应用的氮掺杂二氧化钛 $TiO_2$ 薄膜的性质。在 400 或 500{\deg}C 下的氧气氛围中，通过溅射钛靶在石英衬底上制备了多组薄膜。随后在相同温度下用 150 eV 氮离子对薄膜进行掺杂。薄膜制备于锐钛矿相，掺杂后该相得以保持。如原位 X 射线光电子能谱 (XPS) 所测定，表面氮浓度可达 30at%。表面如此高的氮浓度导致了氮向体相扩散，深度约达 25 nm。霍尔测量表明，平均载流子密度超过 $10^{19} cm^{-3}$，迁移率处于 $0.1$ 至 $1 cm^2V^{-1}s^{-1}$ 范围。在 550 nm 处 85% 的光透射率下，电阻率可达约 $3.10^{-1} \Omega cm$。这些结果表明低能注入是一种有效的 $TiO_2$ 掺杂技术，可独立于 TiO2 制备过程精确控制掺杂。此外，该掺杂途径似乎有望在不显著影响薄膜结构的情况下获得高掺杂水平。这种方法可能与制备 $N:TiO_2$ 透明导电电极 (TCE) 相关。