透明Mg掺杂二氧化锡薄膜的光学与电性能研究

本研究论文主要探讨了镁掺杂对二氧化锡（SnO2）薄膜的光学和电学性质的影响。通过溶胶-凝胶法在石英基底上成功制备出透明的p型导电Mg掺杂SnO2薄膜。实验与第一性原理计算相结合，对结构、形貌、光学和电导特性进行了深入研究。 首先，研究发现镁掺杂显著改变了SnO2薄膜的晶体结构。在Mg掺杂的SnO2薄膜中观察到了单相的四方瑞利结构，这表明镁原子的引入对SnO2的晶体生长产生了影响，可能优化了晶格参数，从而影响了材料的物理性能。 在光学性质方面，作者注意到随着镁含量的增加，Mg掺杂SnO2薄膜的光学带隙能量呈现出系统性的红移。这意味着镁的掺入使得电子吸收光子的能力降低，导致了可见光区域的透射增强，这对于光电器件如透明导电氧化物（TCO）和太阳能电池应用具有潜在价值。 电学性能上，实验结果显示镁掺杂显著增强了SnO2的电阻率。这种电阻率的增加可能是由于镁原子作为施主杂质，增加了额外的自由电子浓度，从而影响了材料的导电性。这种调控机制对于设计具有特定电阻率范围的电子器件，如传感器或开关，具有重要的工程意义。 此外，文中还提到了磷光现象的研究，虽然没有详细阐述，但可以推测镁掺杂可能影响了SnO2薄膜的非辐射复合过程，从而影响了其发光性质。这在光致发光材料或生物传感器等领域可能具有潜在的应用。 总结来说，这项研究揭示了通过溶胶-凝胶法制备的Mg掺杂SnO2薄膜在结构、光学和电学方面的特性变化，为优化这类材料的性能及其在实际应用中的性能调控提供了理论依据。进一步的深入研究将有助于开发新型功能薄膜，如透明导电材料、太阳能电池以及光电转换设备等。