펄스 레이저 증착에 의해 증착된 Nb 도핑된 SrSnO3 에피택시 필름의 전기적 및 광학적 특성

결과 및 토론

그림 1a와 b는 2θ를 보여줍니다. -ω LAO(001) 단결정 기판에서 (002) 및 (101) 방향을 따라 성장한 다양한 산소 압력으로 SSNO 필름의 선형 스캔. 기판 온도를 780 °C로 유지하고 그룹 A의 필름을 1 × 10 ^-3 아래에서 제작했습니다. , 0.03, 0.2, 5 및 20 Pa, 표시된 대로. (002) 및 (101) 반사 피크만 관찰될 수 있으며 이는 필름에 다른 불순물 상이 없음을 나타냅니다. 이는 광범위한 XRD 2θ에 의해 추가로 증명될 ​​수 있습니다. -ω 그림 S1과 같이 대표적으로 20 Pa 및 780 °C에서 준비된 필름의 스캔. 구조적 특성에 대한 Nb 도펀트의 영향을 조사하기 위해 동일한 성장 조건에서 SSO 필름의 XRD 결과도 그림 S1에 나와 있습니다. (00 l ) SSNO 필름의 피크는 더 높은 2θ로 이동합니다. Nb ⁵⁺ 의 이온 반경의 차이에 기인할 수 있는 SSO 필름의 각도와 비교한 각도 (0.64 Å) 및 Sn ⁴⁺ (0.69 Å). 그룹 A에서 증착 산소 압력이 감소함에 따라 회절 피크는 더 낮은 2θ로 이동합니다. 격자 매개변수와 세포 부피가 증가하여 점차적으로 각도가 증가합니다. 그림 1c는 그룹 A의 SSNO 필름의 (002) 피크에서 가져온 로킹 곡선을 나타냅니다. 산소 압력의 함수로서 반치폭(FWHM)이 그림 1c의 삽입 부분에 표시됩니다. 산소 압력이 1 × 10 ⁻³ 에서 증가함에 따라 20 Pa에서 FWHM 값은 1.08°에서 0.17°로 감소하여 20 Pa에서 제조된 필름이 가장 높은 결정성을 가지고 있음을 나타냅니다. 더 많은 산소가 SSNO 필름의 핵 생성, 결정화 및 성장에 유익하다는 사실을 알 수 있습니다. 산소 결핍 SSO 필름과 ZnO 필름에서 유사한 현상이 보고되었습니다[35, 36]. 그림 1d 및 e는 다른 위상 없이 (002) 및 (101) 반사를 따라 배향된 그룹 B의 SSNO 필름을 묘사합니다. 이 샘플은 기판 온도가 660, 700, 740, 780 및 820 °C인 0.2 Pa에서 증착되었습니다. XRD φ 회절 평면을 ψ로 설정하여 LAO 기판에 대한 SSNO 필름의 면내 배향을 조사하기 위해 스캔을 수행했습니다. =45°. 도 1f에 도시된 바와 같이, 780 °C 및 0.2 Pa에서 제작된 필름의 4중 반사 피크가 인접한 두 피크 사이에 90° 간격으로 LAO 기판과 동일한 각도에서 발생하여 SSNO 필름이 에피택셜 성장되었음을 나타냅니다. 큐브-온-큐브 방향의 LAO(001) 기판에.

XRD 2θ -ω a를 따라 LAO(001) 기판에 대한 SSNO 필름의 스캔 패턴 (002) 및 b (101) 산소 압력이 다른 방향. ㄷ XRD ω - 필름의 (002) 봉우리에서 찍은 요동 곡선. 삽입된 그림은 1 × 10 ⁻³ 에서 산소 압력을 변화시켜 FWHM 결과를 보여줍니다. ~ 20 Pa. d 및 e 는 2θ입니다. -ω (002) 및 (101) 평면을 따라 다양한 기판 온도로 필름을 스캔합니다. 에 φ 0.2 Pa 및 780 °C에서 증착된 SSNO 필름과 (101) 반사 주변의 LAO 기판 스캔

다양한 산소 압력 하에서 증착된 필름에 대한 면내 및 면외 격자 매개변수는 그림 1a 및 b의 (002) 및 (101) 회절 피크를 사용하여 계산할 수 있습니다. 그림 2a에서 볼 수 있듯이 세포 부피와 격자 매개변수는 1 × 10 ^-3 에서 산소 압력이 증가함에 따라 동일한 감소 경향을 나타냅니다. 이 증착된 샘플에 대한 세 가지 매개변수의 계산된 값은 표 1에 나와 있습니다. 증착 산소 압력에 따른 격자 상수의 변화는 다른 산소 결핍 페로브스카이트 필름에서도 관찰되었으며 [29, 35] 산소 결핍의 존재에 기인한다. 사실, A와 B 양이온(이 경우 Sr과 Sn 또는 Nb) 사이에는 강한 쿨롱 반발이 존재하며, 이 상호작용은 양으로 하전된 산소 결손의 고밀도에 의해 강화될 것입니다[29, 37]. 증착 산소 압력이 감소함에 따라 면내 격자 상수는 면외 격자 상수보다 적게 변하는데, 이는 박막의 성장 과정과 관련이 있습니다. 유사한 현상이 산소 결핍 BSO 필름에서도 발견될 수 있습니다[29]. 그림 2b는 다양한 산소 압력에서 필름에서 얻은 비대칭(\( \overline{1} \)03) 반사의 RSM 결과를 보여줍니다. SSNO 필름과 LAO 기질의 회절점만 관찰할 수 있습니다. 필름과 기판 사이의 상당한 격자 불일치로 인해 필름이 거의 완전히 이완되었음을 분명히 알 수 있습니다. 격자 불일치 값은 7.04, 7.07, 7.12, 7.13, 7.15%로 평가되며 20에서 1 × 10 ⁻³ 까지 다양한 산소 압력을 가집니다. Pa. 한편, 필름의 스폿과 기판 사이의 거리가 더 멀어지며, 이는 SSNO 필름에 대한 격자 매개변수의 확대를 의미합니다. 또한, 산소 압력을 낮추면 SSNO 필름의 반사 지점이 분산되고 강도가 약해지며 이는 XRD ω에서 수집된 결과와 잘 일치합니다. - 위에서 언급한 흔들리는 곡선. 격자 상수 a , b , 및 c Q를 사용하여 SSNO 필름 또는 LAO 기질을 추정할 수도 있습니다. _x ^* 및 Q _와 ^* 값(a =b =−λ/ 2질문 _x ^* 및 c = 3λ/ 2질문 _와 ^* ). RSM에서 계산된 격자 상수는 2θ -ω 선형 스캔. 다양한 기판 온도로 0.2 Pa에서 증착된 필름의 (\( \overline{1} \)03) 평면에 대한 RSM 결과도 그림 S2에 나와 있습니다. 필름 반점은 거의 동일한 위치에서 관찰되며, 이는 이들 필름의 유사한 격자 매개변수를 나타냅니다.

아 1 × 10 ⁻³ 에서 증가하는 산소 압력에 따른 면내 및 면외 격자 매개변수 및 셀 부피의 변화 ~ 20 Pa. b SSNO/LAO 이종 구조에서 수집된 (1̅03) 반사에 대한 XRD RSM

그림 3에서 볼 수 있듯이 XPS는 다양한 산소 압력에서 780°C에서 성장한 박막의 화학 원소의 원자가 상태를 조사하는 데 사용되었습니다. 모든 결합 에너지는 C 1s를 보정하여 수정되었습니다. 284.6 eV에서 피크. 그림 3a는 Sr 3d의 이중선을 나타냅니다. 조사된 모든 샘플에 대해 1.8 eV의 피크 분리를 갖는 스펙트럼. 135.05 ± 0.10 eV 및 133.25 ± 0.10 eV의 결합 에너지는 Sr 3d에 할당될 수 있습니다. _3/2 그리고 Sr 3d _5/2 Sr ²⁺ 를 나타내는 줄 증착된 필름의 이온 [38]. Sn 3d의 XPS 데이터 상태는 그림 3b에 나와 있습니다. NIST 데이터베이스를 기반으로 Sn 3d의 결합 에너지 _5/2 Sn ⁰ 에서 , Sn ²⁺ 및 Sn ⁴⁺ 상태는 각각 대략 485.0, 485.9 및 486.6 eV에 위치합니다. 20, 5 및 0.2 Pa에서 준비된 샘플의 경우 Sn 3d _3/2 및 Sn 3d _5/2 494.68 및 486.27 eV에 위치하며 8.4 eV의 스핀-궤도 분할로 Sn ⁴⁺ 이 영화에서 상태. 그러나 산소 압력을 1 × 10 ⁻³ 으로 낮추면 아빠, Sn 3d 피크는 494.59 및 486.18 eV의 위치에서 더 낮은 결합 에너지 쪽으로 약간 이동하여 Sn ⁴⁺ 에서 부분 변환을 나타냅니다. Sn ²⁺ 까지 . 이 결과는 또한 Sn ²⁺ 의 이온 반경으로서 샘플의 격자 상수의 상당한 변화를 설명하는 데 도움이 됩니다. (1.12 Å)는 Sn ⁴⁺ 보다 큽니다. (0.69 Å), 결과적으로 격자 확대 촉진 효과. Sn의 유사한 원자가 전이 현상은 Ta가 도핑된 SSO 필름[26]과 La가 도핑된 BSO 필름[39]에서도 관찰될 수 있습니다. 그림 3c는 Nb 3d를 보여줍니다. 이중선이 있는 스펙트럼은 Nb 3d의 전환에 해당합니다. _3/2 및 Nb 3d _5/2 2.7 eV로 분리됩니다. Nb 3d의 결합 에너지가 _3/2 및 Nb 3d _5/2 0.2-20 Pa에서 샘플의 경우 약 210.10 및 207.40 eV에서 나타나는 반면 1 × 10 ⁻³ 의 경우 209.77 및 207.07 eV로 감소합니다. Pa. 이 결과는 Nb 이온이 SSNO 필름에서 +5 상태로 존재함을 확인시켜줍니다[40,41,42]. Nb 3d의 결합 에너지의 약간의 감소 고진공에서 준비된 샘플에 대한 신호는 Nb 이온 주변의 화학적 환경 변화로 인한 것일 수 있습니다. 그림 3d는 비대칭 O 1s를 설명합니다. SSNO 필름의 신호. 모든 데이터는 가우스-로렌츠 함수를 사용하여 3개의 혼합 곡선으로 분할할 수 있습니다. 529.94 ± 0.15 eV의 가장 낮은 결합 에너지에 위치한 한 피크는 격자 산소에 해당하는 반면, 531.48 ± 0.15 eV 및 532.50 ± 0.15 eV의 더 높은 결합 에너지를 가진 다른 두 피크는 O ^{2와 상관 관계가 있습니다.> 산소 결손 영역에 위치한 이온과 느슨하게 결합된 산소 [29, 43]. 낮은, 중간 및 높은 결합 에너지 피크 아래의 통합 영역은 O_A로 표시됩니다. , O_B , 및 O_C . 그런 다음 각 필름에 대한 상대 산소 결손 농도는 [O_B /(O_A + O_B )]. 그림 3d의 데이터에서 가져온 이 비율의 값은 1 × 10 -3 에서 산소 압력이 증가함에 따라 47.5, 19.8, 16.0 및 15.1%입니다. 20 Pa로 SSNO 막의 산소 압력이 낮아짐에 따라 산소 결손의 농도가 점차적으로 증가함을 시사합니다.}

(a의 XPS 스펙트럼 ) 시 3d , (b ) Sn 3d , (c ) Nb 3d , 및 (d ) O 1s 다양한 산소 압력을 가진 SSNO 필름에서 얻음

SSNO 필름의 수송 특성에 대한 산소 압력 및 증착 온도의 영향을 이해하기 위해 홀 효과 측정을 수행하여 캐리어 농도(n ), 홀 이동성(μ ) 및 전기 저항(ρ ) 그림 4와 같이 실온에서. 1 × 10 ^-3 의 샘플 Pa는 ~ 100 MΩ의 높은 저항을 갖는 것으로 측정되었으며(표시되지 않음), 다른 필름은 모두 n - 유형 전도. 도 4a에서 알 수 있듯이, 캐리어 농도는 6.03 × 10 ¹⁹ 으로 증가한다. /cm ³ 산소 압력을 20에서 0.2 Pa로 낮추면서 SSNO 필름의 주요 전하 캐리어인 전자는 산소 결손과 Sn 사이트를 Nb로 교체하여 이온화되어 생성됩니다. Nb 농도는 Nb 3d 아래의 면적을 비교하여 XPS 측정에서 추정할 수 있습니다. 및 Sn 3d 피크 및 감도 요인으로 수정합니다. Nb/(Sn + Nb)의 원자비는 0.2, 5, 20 Pa 이하에서 성장한 막에 대해 각각 0.061, 0.064, 0.071로 계산된다. 산소 압력 증가에 따른 도펀트 농도의 증가는 Gd 도핑된 ZnO 박막에서도 볼 수 있습니다[44]. 계산된 Nb 농도는 반정량적 XPS 분석으로 인한 것일 수 있는 SSNO 필름의 공칭 도핑 함량보다 약간 더 큽니다. 한편, 산소압이 0.2 Pa까지 감소함에 따라 XPS 결과에서 확인할 수 있는 바와 같이 상대적 산소 결손 농도가 점차 증가합니다. 따라서 도핑 농도의 변화와 함께 산소 결손의 증가로 인해 더 많은 캐리어를 기증할수록 캐리어 농도가 높아지는 원인을 설명할 수 있습니다. 산소 압력을 변화시키면서 (002) 피크의 피크 위치의 이동은 도펀트 농도의 편차와 관련될 수도 있다는 점에 유의해야 합니다. 전자 이동도는 캐리어 농도의 동일한 경향으로 변하며 최대값 3.31 cm ² 를 나타냅니다. /Vs at 0.2 Pa. 산소 압력이 증가함에 따라 이동도가 감소하는 것은 페르미 준위가 간극 중심으로 이동하는 데 기인하며, 전도대 가장자리 아래에 위치한 산란 중심의 효율성이 더 높아집니다[45]. ρ의 관계를 고려하여 =1/neμ (여기서 e 전자 전하), 0.2 Pa에서 관찰된 31.3mΩcm의 가장 낮은 실온 저항은 이 증착 산소 압력에서 가장 큰 캐리어 농도와 전자 이동도의 결과입니다. 그러나 산소 압력이 0.03 Pa로 감소한 다음 1 × 10 ⁻³ 으로 감소합니다. Pa, SSNO 필름에서 상당한 산소 결함이 생성되는데, 이는 전자 국재화를 선호하는 무질서한 구조, 불량한 결정도(그림 1c의 삽입 참조)를 가지고 있습니다[46]. 또한 XPS 분석은 Sn ²⁺ 의 전하 불균형을 나타냅니다. 및 Sn ⁴⁺ 샘플에서 1 × 10 ⁻³ Pa는 캐리어 농도의 증가를 더욱 차단하고 전기 전도도를 억제합니다[41]. 결과적으로, 1 × 10 ⁻³ 에서 샘플에서 상당한 수송 성능 저하가 나타납니다. Pa. 유사한 변화 경향이 ZnO 필름[47]과 BSO 필름[48]에서도 관찰되었습니다. 또한 증착 산소 압력을 0.2 Pa로 설정하여 기판 온도에 대한 필름의 전도성 성능 의존성을 그림 4b와 같이 조사했습니다. 분명히, 캐리어 밀도는 초기에 온도가 660°C에서 780°C로 증가함에 따라 점진적으로 증가하고 최대값은 6.03 × 10 ¹⁹ 값으로 780°C에 증착된 샘플에 대해 달성됩니다. /cm ³ . 저항률은 캐리어 농도와 반대되는 경향을 나타내며, 이는 이러한 필름의 전기 전도도가 캐리어 농도에 의해 크게 결정된다는 것을 나타냅니다. 31.3mΩcm의 가장 낮은 실온 저항은 780 °C에서 얻어집니다. 홀 이동도는 저항과 거의 동일한 증착 온도 관계를 갖는 것으로 관찰됩니다. 따라서 SSNO 필름의 전도도는 기판 온도에 의해서도 조정될 수 있음을 알 수 있습니다.

(a ) 산소 압력 20 ~ 0.03 Pa 및 (b ) 실온에서 측정된 660 ~ 820 °C의 기판 온도

그림 5a 및 b는 30-300 K의 온도 범위 내에서 서로 다른 조건에서 성장한 SSNO 박막에 대한 온도 의존 저항률 곡선을 보여줍니다. 0.03 Pa에서 증착된 박막의 경우 온도가 감소함에 따라 저항률이 증가합니다(dρ /dT <0), 이는 반도체 거동의 특성입니다. 전도 메커니즘을 이해하기 위해 온도 의존적 ​​저항률에 대한 자세한 분석이 수행되었습니다. 그림 5a의 하단 삽입도에서 볼 수 있듯이 Inρ 사이에는 선형 관계가 존재합니다. 그리고 T ^−1/4 , 가변 범위 도약이 지배적인 전도 메커니즘임을 시사합니다[49]. 780°C의 기판 온도와 0.2 Pa에서 증착된 필름만이 157°K에서 금속-반도체 전이(MST)를 나타냄을 알 수 있습니다. MST 온도 이상의 금속 거동은 시스템에 도입된 캐리어의 밀도가 높기 때문에 낮은 온도에서 반도체 거동은 무질서에 의한 전자의 국지화로 설명될 수 있습니다[50, 51]. 유사한 MST 거동은 Ta 도핑된 SSO[26] 및 산소 결핍 BSO 필름[29]에서도 찾을 수 있습니다. 이 필름의 전달 메커니즘에 대한 추가 설명을 위해 전자 페르미 파장 λ일 때 무질서한 물질의 전도도 모델을 사용할 수 있습니다. _F =[2π /(3π ² n ) ^1/3 ] 및 평균 자유 경로 l =(h /르네 ² λ _F ) 비교할 수 있게 된다[50, 52, 53]. 저온에서 λ _F 그리고 나 비교할 수 있을 것으로 추정된다. 따라서 저항의 반고전적 Boltzmann 방정식은 다음 관계에 의해 설명된 대로 실험 데이터에 맞게 고려됩니다[54,55,56].

$$ \rho (T)=\kern0.5em \frac{1}{\sigma_0+{a}_1T+{a}_2{T}^{1/2}}\kern0.75em +b{T}^2 $ $ (1) <그림><소스 유형="이미지/webp" srcset="//media.springerature.com/lw685/springer-static/image/art%3A10.1186%2Fs11671-020-03390-1/MediaObjects /11671_2020_3390_Fig5_HTML.png?as=webp">

다양한 산소 압력에서 성장한 SSNO 필름에 대한 저항의 온도 의존성(a ) 및 다양한 기질 온도(b ). a의 상단 삽입 ρ 대 InT의 해당 선형 적합 결과를 보여줍니다. , 낮은 삽입 Inρ 그리고 T ^−1/4 . b 삽입 ρ 사이의 선형 관계이기도 합니다. 그리고 T

여기서 σ ₀ 잔류 전도도, a ₁ 티 용어는 약한 현지화에 해당하며 a ₂ 티 ^1/2 e 설명 ^- -이 ^- 3D 영화에 대한 상호 작용. bT라는 용어 ² 더 높은 온도에서 산란 기여에 대한 확장된 설명을 위해 포함되었습니다. 그림 5a의 실험 데이터를 통한 진한 회색 실선은 식 (1)이 ρ의 우수한 피팅 결과를 제공함을 시사합니다. (T ). 피팅 결과의 값은 σ입니다. ₀ =28.0mΩ ⁻¹ cm ⁻¹ , 아 ₁ =−0.02mΩ ⁻¹ cm ⁻¹ K ⁻¹ , 아 ₂ =0.65mΩ ⁻¹ cm ⁻¹ K ^−1/2 , 및 b =9.19 × 10 ⁻⁹ mΩcmK ⁻² , 각각. 전자 대 전자 상호 작용은 주로 a와 같이 저온에서 저항률에 기여한다고 결론지을 수 있습니다. ₁ a보다 훨씬 작습니다. ₂ . 산소 압력이 5 및 20 Pa로 증가함에 따라 SSNO 필름의 저항 값이 점차 증가하고 측정된 전체 온도 범위에서 반도체 거동이 지배적입니다. 그림 5a의 상단 삽입도에서 볼 수 있듯이 ρ의 선형 관계는 -인T 두 샘플의 곡선을 관찰할 수 있으며, 이는 해당 메커니즘이 2차원 약한 국부화[57]이며, 이는 본질적으로 시스템의 결함에 대한 전도 전자의 양자 간섭으로 인해 발생합니다. 일부 전자 전도 경로의 비탄성 산란을 고려할 때 간섭 효과는 t에서만 존재합니다. <그 ₁ 하나의 전자가 t의 특정 지점에서 확산되기 시작할 때 =0. 여기 t ₁ 비탄성 산란 시간입니다. 그림 5b의 다양한 기판 온도를 가진 샘플은 모두 30 ~ 300°K의 온도 범위에서 반도체 거동을 나타냅니다. 온도 종속 저항률은 초기에 660에서 780°C로 감소한 다음 0.2 Pa로 고정된 산소압은 Fig. 5b의 삽입에서 보듯이 ρ 그리고 T 660, 700, 740 및 820 °C에서 샘플의 경우 또한 약한 국소화 메커니즘을 나타냅니다[58, 59].

1 × 10 ^-3 아래 증착된 SSNO 필름에 대한 200-1800 nm 파장 범위의 투과 스펙트럼 -20 Pa 및 660-820 °C에서 각각 그림 6a 및 b에 나와 있습니다. 다양한 산소 압력과 증착 온도에서 필름의 광학 투명도는 600~1800 nm의 스펙트럼 범위에서 70% 이상이지만 기판은 부분적인 빛을 흡수할 수 있습니다. 이 필름은 태양전지의 TCO 적용에 필요한 근적외선 영역까지 높은 투과율을 보입니다. 이 특성은 대부분의 TCO 필름에 대한 흡수로 인해 근적외선 영역에서 감소된 투과율과 다릅니다[20, 60]. 또한, 그들은 또한 근자외선 영역에 있는 기본적인 흡수 모서리를 갖는 것으로 관찰됩니다. 그림 6a에서 780°C에서 증착된 SSNO 필름의 흡수 가장자리는 산소 압력이 20에서 1 × 10-3로 감소함에 따라 더 짧은 파장으로 이동하는 것을 볼 수 있습니다. Pa, 인세트에 더 명확하게 표시된 것처럼. 그러나 0.2 Pa로 고정된 산소 압력에서 다양한 기판 온도에서 성장한 막의 흡수 가장자리는 그림 6b에서 볼 수 있듯이 거의 겹쳤으며, 이는 증착 온도가 SSNO 막의 광학 특성을 분명히 변조하지 않음을 나타냅니다. 밴드 갭 E _g 영화의 수는 다음 방정식으로 추정할 수 있습니다.

$$ {\left(\alpha h\nu \right)}^n=A\left( h\nu -{\mathrm{E}}_{\mathrm{g}}\right) $$ (2) <그림>

The optical transmittance of the SSNO films fabricated at (a ) different oxygen pressures and (b ) different substrate temperatures in the wavelength range of 200-1800 nm. The plots of (α 어 v ) ^1/2 versus h v and (αh v ) ² versus h v for the films with various oxygen pressures are shown in Fig. 6c and d, respectively. The inset in Fig. 6d shows the direct and indirect band-gap energy variations by varying oxygen pressure from 1 × 10 ⁻³ to 20 Pa

여기서 α represents the absorption coefficient, hν is the photon energy, n =1/2 for indirect band gap and 2 for direct, A is a constant related to electron-hole mobility, and E _g is the separation between the bottom of the conduction band and the top of the valence band. Here, α can be calculated using the relationship, α =(1/d )In(1/T ), where d stands for the film thickness and T is the transmittance. Figure 6c and d show the plots of (αhν ) ^1/2 and (αhν ) ² 대 hv for the samples deposited at 780 °C with different oxygen pressures, respectively. The band gaps can be obtained by extrapolating the linear portions of the curves to α =0. Importantly, the band gap is evaluated to increase with decreasing oxygen pressure from 4.35 to 4.90 eV for the indirect gap and from 4.82 to 5.29 eV for the direct, described in the inset of Fig. 6d. With varying oxygen pressure from 20 to 0.2 Pa, the band gap widening of SSNO film with increased carrier concentration is related to the raised Fermi level in the conduction band of an n -type semiconductor, which is referred to as Burstein-Moss effect [61, 62]. As the low energy levels of conduction band were filled up by the conduction electrons, only the photons with higher energies can be absorbed, leading to an enlarged band gap [63]. For the samples deposited at lower oxygen pressures, the further increment in band gap is due to the generation of considerable oxygen vacancies in this film [35].

결론

In summary, epitaxial Nb-doped SrSnO₃ thin films under different oxygen pressures and substrate temperatures were fabricated on LAO(001) substrates employing PLD. Film structures were characterized in detail using high-resolution X-ray diffraction, including 2θ -ω scans, φ scans, ω scan rocking curves, and RSM. XPS analysis reveals that the Nb ⁵⁺ is present in the SSNO films. Hall-effect measurements were carried out and the sample deposited at 0.2 Pa and 780 °C possesses the lowest room-temperature resistivity of 31.3 mΩcm, with the mobility of 3.31 cm ² /Vs and carrier concentration of 6.03 × 10 ¹⁹ /cm ³ . Temperature-dependent resistivity of this film shows a metal-semiconductor transition, which is discussed based on electron-electron interactions. However, the films grown at other conditions all exhibit semiconducting behavior, which can be analyzed using variable-range hopping or the two-dimensional weak localization model. A high optical transmittance of more than 70% for the films is observed in the wavelength range of 600 to 1800 nm. For the films with different oxygen pressures, the variation of band gap is attributed to Burstein-Moss shift and oxygen vacancies. The SSNO film can be tuned flexibly between an insulator and a conductor just by varying the oxygen deposition pressure. Such characteristic can be used in field-effect transistors and other electronic devices consisting of both insulating dielectric and conducting electrodes.

데이터 및 자료의 가용성

The datasets and supporting information obtained in this paper are included in this article.

약어

TCO:

Transparent conducting oxides

MST:

Metal-semiconductor transition

FWHM:

최대 절반에서 전체 너비

Fe3O4-Au 코어-쉘 나노입자의 다중 억제제에 따른 세포 흡수 효율 평가:대장암 세포에서 특정 세포내이입 조절 가능성 하이브리드 PEDOT:PSS/β-Ga2O3 심자외선 쇼트키 장벽 광검출기의 조사