Solid phase epitaxial growth of the correlated-electron transparent conducting oxide SrVO3
Samuel D. Marks, Lin Lin, Peng Zuo, Patrick J. Strohbeen, Ryan Jacobs, Dongxue Du, Jason R. Waldvogel, Rui Liu, Donald E. Savage, John H. Booske, Jason K. Kawas… 展开作者
Samuel D. Marks, Lin Lin, Peng Zuo, Patrick J. Strohbeen, Ryan Jacobs, Dongxue Du, Jason R. Waldvogel, Rui Liu, Donald E. Savage, John H. Booske, Jason K. Kawasaki, Susan E. Babcock, Dane Morgan, Paul G. Evans
SrVO3 thin films with a high figure of merit for applications as transparent conductors were crystallized from amorphous layers using solid phase epitaxy (SPE). Epitaxial SrVO3 films crystallized on SrTiO3 using SPE exhibit a room temperature resistivity of 2.5 x 10-5 Ohms cm, a residual resistivity ratio of 3.8, and visible light transmission above 0.5 for a 60 nm-thick film. SrVO3 layers were deposited at room temperature using radio-frequency sputtering in an amorphous form and subsequently crystallized by heating in controlled gas environment. The lattice parameters and mosaic angular width of x-ray reflections from the crystallized films are consistent with partial relaxation of the strain resulting from the epitaxial mismatch between SrVO3 and SrTiO3. A reflection high-energy electron diffraction study of the kinetics of SPE indicates that crystallization occurs via the thermally activated propagation of the crystalline/amorphous interface, similar to SPE phenomena in other perovskite oxides. Thermodynamic calculations based on density functional theory predict the temperature and oxygen partial pressure conditions required to produce the SrVO3 phase and are consistent with the experiments. The separate control of deposition and crystallization conditions in SPE presents new possibilities for the crystallization of transparent conductors in complex geometries and over large areas.
High electrical conducting deep-ultraviolet-transparent oxide semiconductor La-doped SrSnO3 exceeding ~3000 S cm-1
La掺杂的SrSnO 3（LSSO）是一种带隙约为4.6eV的深紫外透明导电氧化物。由于LSSO可以异质外延生长在更宽的带隙衬底上，例如MgO（Eg ~ 7.8eV），因此LSSO被认为是作为DUV透明电极的良好候选者。然而，LSSO薄膜的电导率低于1000 S cm^-1，这很可能是由于La离子在LSSO晶格中的低溶解度。本文报道了用脉冲激光沉积法在MgO衬底上制备出带隙约为4.6 eV的高导电（>3000 S cm^-1）LSSO薄膜，并在真空中进行了简单的退火处理。通过X射线衍射和扫描透射电子显微镜分析，我们发现在退火过程中发生了横向晶粒生长，这提高了La离子的激活速率，导致载流子浓度（3.26 x 10^20 cm^-3）和霍尔迁移率（55.8 cm ^2 V^-1 s^-1）显著提高。本发明的DUV透明氧化物半导体将可用作用于开发透射和/或发射DUV光的光电子器件的透明电极。
Effects of hole doping on the electronic and optical properties of transparent conducting copper iodide
碘化锌铜作为p型半导体在透明电子学和透明热电学中的应用引起了越来越多的关注。技术应用的关键一步是通过掺杂提高碘化铜（CuI）的导电性，而不会降低透明度。最近的一项高通量计算研究表明，碘位点上的硫族元素取代可以作为浅受体。根据计算预测，最近在实验室中实现了碘位点上的氧、硫和硒取代掺杂，然而，这表明在技术应用的道路上仍然存在一些实验挑战。我们在这里通过{ \it ab initio}计算研究了此类取代对CuI电子和光学性质的影响。我们的研究结果表明，硫和硒掺杂是最好的候选人，以获得一个可控的空穴浓度的增加，同时保持在可见光和高空穴迁移率的透明度。
Limitations of In$_2$O$_3$ as a transparent conducting oxide
Sn掺杂的In $_2$ O $_3$或ITO是最广泛使用的透明导电氧化物。我们使用第一性原理计算来研究由于声子或带电缺陷介导的自由载流子吸收对其透明性的限制。我们发现，声子辅助的间接吸收的主要贡献是由于发射（而不是吸收）的声子，这解释了为什么该过程是相对不敏感的温度。这种间接吸收过程的波长依赖性可以用幂律来描述。由带电缺陷或杂质介导的间接吸收也是不可避免的，因为需要掺杂以获得导电性。在高载流子浓度下，通过自由载流子的筛选变得重要。我们发现当杂质浓度大于10 $^{20}$ cm $^{-3}$时，带电杂质辅助吸收大于声子辅助吸收。这两个过程的光子能量依赖性的差异可以通过能带结构效应来解释。
Computationally-driven, high throughput identification of CaTe and Li$_\textrm{3}$Sb as promising candidates for high mobility $p$-type transparent conducting materials
Boron phosphide as a \emph{p}-type transparent conductor: optical absorption and transport through electron-phonon coupling
磷化硼是一种具有高空穴迁移率的透明导电材料。这一承诺源于其低空穴有效质量。然而，BP具有相对小的2 eV间接带隙，这将影响其透明度。在这项工作中，我们计算研究了间接间隙的光吸收和声子限制的电子输运，以量化磷化硼作为\emph{p}型透明导体的潜力。我们发现，在可见光谱中，声子介导的间接光吸收很弱，并且在室温下，声子限制的空穴迁移率非常高（约900 cm $^2$ /Vs）。这种特殊的流动性来自低空穴有效质量和极声子模式的非常弱的散射的组合。我们合理化的弱散射的磷化硼相比，氧化物的离子键。我们认为这可能是\emph{p}型透明导电应用的非氧化物的一般优点。使用我们计算的属性，我们评估的透明导体的品质因数磷化硼，并表明，它超过了一个数量级，建立\emph{p}型透明导体，确认这种材料的潜力。
Rapid Atmospheric Vapor Deposition of H:In2O3 Transparent Conducting Oxide Thin Films
University of Oxford（牛津大学）；University of Surrey（萨里大学）；National Taiwan University（台湾大学）；University of Cambridge（剑桥大学）；University of Manchester（曼彻斯特大学）；Sungkyunkwan University（成均馆大学）；Univ. Toulouse, CNRS, Toulouse INP, LGC（图卢兹大学，法国国家科学研究中心，图卢兹第三工业大学，化学实验室）
Identification of high-reliability regions of machine learning predictions in materials science using transparent conducting oxides and perovskites as examples
Majority-Carrier Mobilities in Undoped and \textit{n}-type Doped ZnO Epitaxial Layers
采用激光分子束外延技术制备了透明导电的ZnO：Ga薄膜。它们的电子性质进行了研究的温度相关的霍尔效应技术。300-K载流子浓度和迁移率分别为约$n_s \sim 10^{16}$ cm $^{-3}$和440 cm $^{2}$ /Vs。在实验的“迁移率对浓度”曲线中，观察到不寻常的现象，即，在$n_s \sim 5\times$ 10 $^{18}$ cm $^{-3}$下的迁移率显著小于在高于$\sim 10^{20}$ cm $^{-3}$的较高密度下的迁移率。几种类型的散射中心，包括电离施主和氧陷阱被认为是占所观察到的霍尔迁移率对载流子浓度的依赖性。的散射机制解释在晶粒间的势垒和带电杂质。理论计算结果与实验数据进行了比较。
Hopping versus bulk conductivity in transparent oxides: 12CaO.7Al2O3
对钙铝石基氧化物[Ca 12 Al 14 O 32]{2+}（2 e-）的第一性原理计算揭示了其高导电性的机理。这种材料的电子和光学性质的详细比较与最近发现的新的透明导电氧化物，H掺杂的UV激活的Ca 12 Al 14 O 33，使我们得出结论，在[Ca 12 Al 14 O 32]{2+}（2 e-）的增强的导电性是通过消除的库仑阻塞的载流子。这导致从掺杂H的UV辐照的Ca 12 Al 14 O33中的库仑能隙的变程跳跃行为转变为[Ca 12 Al 14 O32]{2+}（2 e-）中的体电导。此外，在[Ca_（12）Al_（14）O_（32）]{2+}（2 e-）中获得的导电电子的高度离域性表明，它不能被归类为最初建议的钙钛矿。
One-reactor vacuum and plasma synthesis of transparent conducting oxide nanotubes and nanotrees: from single wire conductivity to ultra-broadband perfect absorbers in the NIR
一维纳米材料的最终开发还需要开发可扩展的、高产率的、均质的和环境友好的方法，以满足设计中的功能纳米材料的制造要求。在这篇文章中，我们展示了真空和等离子体一反应器的方法，用于合成太阳能和光电子学中的基本共同元素，即透明导电电极，但以纳米管和纳米树结构的形式。虽然该工艺是通用的，可用于各种TCO和宽带隙半导体，但我们在本文中重点关注铟掺杂氧化锡（ITO），因为它在以前的应用中得到了最大的扩展。该协议结合了广泛应用的沉积技术，如热蒸发形成的有机纳米线作为1D和3D软模板，多晶层的磁控溅射沉积，并通过简单的退火在温和的真空条件下的模板的去除。调整工艺变量以控制ITO纳米管和纳米树的化学计量、形态和排列。四探针表征揭示了ITO纳米树的改进的横向连接性，并且应用于单个纳米管显示出低至3.5 +/- 0.9 x 10-4 Ω.cm的折射率，该值与单晶对应物相当。在UV-VIS范围内的漫反射率和透射率的评估证实了作为强散射层工作的随机光学介质的支撑ITO纳米管的可行性。形成ITO纳米树的进一步能力为实际应用开辟了道路，作为NIR中的超宽带吸收剂。这些ITO纳米结构的低电阻率和光学特性为它们在LED、IR屏蔽、能量收集、纳米传感器和光电化学应用中的应用开辟了道路
Unveiling the structural, chemical state, and optical band-gap evolution of Ta-doped epitaxial SrTiO3 thin films using first-principles calculations and spectroscopic ellipsometry
