（微电子学与固体电子学专业论文）高质量sno2薄膜的制备及特性研究.pdf

山东大学博士学位论文 摘要 近年来，由于对短波长发光器件的巨大市场需求，人们越来越关注于宽禁带 半导体的研究。z n o ( 带隙为3 3 7e v ，激子束缚能为6 0m e v ) 和g a n ( 带隙为 3 4e v ，激子束缚能为2 1m e v ) 一直以来是人们的研究热点，但现在s n 0 2 受到 越来越多的关注。s n 0 2 是一种具有直接带隙的宽禁带半导体材料，具有非常稳 定的物理化学性能。相比于z n o 和g a n ，s n 0 2 有着更为优越的特征，首先是更 宽的带隙和更高的激子束缚能，室温下分别是3 6e v 和1 3 0m e v ；其次是更低 的制备温度和更高的化学稳定性，因此s n 0 2 是一种很有前途的紫外发光材料。 s n 0 2 薄膜作为一种优良的功能性材料，在透明导电薄膜( t c o ) 和化学气敏传 感器等领域得到了广泛的应用。长期以来，对s n 0 2 薄膜的研究主要围绕这两方 面的特性。对s n 0 2 薄膜光学性质的研究多在于透射、反射和折射等方面的性质， 但对s n 0 2 材料的光致发光性质的报道较少，对具有实用价值的s n 0 2 薄膜室温光 致发光的研究，目前尚无报道。如果能够通过对s n 0 2 薄膜的制备以及光致发光 特性和机理进行深入的研究，获得具有稳定发光特性的s n 0 2 薄膜，我们就可以 得到一种新的具有紫外一紫光发光特性的半导体材料。然而目前所用的磁控溅射、 c v d 和喷涂等方法制备的s n 0 2 材料，所得到的样品含有较多的缺陷，发光特性 差，很难用作制造半导体发光器件。在这样的背景下，本论文开展了对高质量 s n 0 2 薄膜的制备及其性质的研究。 本论文分为两大部分。第一部分采用射频磁控溅射法制备出了s b 掺杂的 s n 0 2 薄膜，研究了薄膜的结构和光学性质，并观察到一些新的光致发光现象； 第二部分采用m o c v d 方法制备出了高质量的s n 0 2 薄膜、s b 掺杂s n 0 2 薄膜以及i i l 掺杂s n 0 2 薄膜，系统的研究了薄膜的结构、光学以及电学性质。 第一部分主要的研究工作及结果如下： 1 用射频磁控溅射法制备出了s b 掺杂s n 0 2 薄膜，叙述了薄膜的制备方法， 探索了衬底材料、溅射功率以及退火处理对薄膜结构、光学以及光致发光性质的 影响，并对相应的物理机制进行了分析。x r d 测试结果表明，制备的s n 0 2 ：s b 薄膜为具有氧化锡四方金红石结构的多晶薄膜，具有( 1 1 0 ) 方向的择优取向性； 山东大学博士学位论文 薄膜的品格常数略大于s n 0 2 晶体的标准数值，在蓝宝石( 0 0 0 1 ) 衬底上制备薄 膜的品格常数与标准值最为接近；提高制备时的溅射功率或进行退火处理都可以 使得薄膜的择优取向性增强，晶粒增大，结晶程度得到改善。1 5 0w 功率下制各 样品的透射谱表明，薄膜的透过率较高，其可见光范围的透过率超过9 0 ，光 学带隙是3 8 0e v 。 2 室温下对1 5 0w 功率下蓝宝石( 0 0 0 1 ) 衬底上制备样品的光致发光性质 进行了测试，首次在3 3 4n n l 附近观测到紫外发光峰。同时另外两个分别位于3 9 3 a m 及4 3 0n i n 附近的光致发光峰也观测到。样品经过6 0 0 。c 高温退火后，位于 3 3 4a m 和3 9 3a m 处的发光峰强度有所增强，而4 3 0n m 附近的发光峰强度减弱。 3 3 4n n l 附近的紫外发光峰的起源被归结为电子从s b 5 + 形成的施主能级到价带的 跃迁；3 9 3n n l 处发光峰的起源被归因于由s b 形成的施主能级和受主能级之间的 跃迁；4 3 0n l n 附近发光峰的起源被归因于样品中缺陷能级间的跃迁。 第二部分主要的研究工作及结果如下： 1 采用m o c v d 方法，以高纯s n ( c 2 h 5 ) 4 作为锡源，高纯0 2 作为氧源，高 纯n 2 作为载气，成功地制备出了高质量的s n 0 2 薄膜。x r d 和s e m 测试结果表 明，在蓝宝石( 0 0 0 1 ) 衬底上制各的薄膜具有最好的结晶质量。对不同衬底温度 下蓝宝石( 0 0 0 1 ) 衬底制备薄膜的结构、光学和电学性质进行了系统研究。x r d 和a f m 测试结果表明，随着衬底温度的升高，制备薄膜经历了由单晶向多晶的 转变。6 0 0 。c 衬底温度下制备的薄膜具有最好的结晶质量。h r x r d 和h r t e m 测试结果表明该温度下制备的样品为具有四方金红石结构的单晶薄膜，其外延生 长方向为s n 0 2 ( 1 0 0 ) a 1 2 0 3 ( 0 0 0 1 ) 。薄膜( 2 0 0 ) 面的( i ) 摇摆曲线半高宽仅为o 1 1 。，这一结果显示制各样品具有很好的单晶质量。据我们所知，这是目前报道的 s n 0 2 外延薄膜( 2 0 0 ) 面摇摆曲线半高宽的最小值。样品的透射谱测量结果表明， 不同衬底温度下制备薄膜的在可见光范围的透过率均超过9 0 。薄膜的光学带 隙随衬底温度升高而发生相应变化，6 0 0 。c 衬底温度下制备的薄膜具有最小的光 学带隙。样品的霍尔测试结果表明，制备薄膜的电阻率、霍尔迁移率和载流子浓 度均随衬底温度的改变而发生相应变化，6 0 0 。c 衬底温度下制备样品的霍尔迁移 率高达2 7 6 7t i l l 2 v - i s 。 室温下对6 0 0 。c 衬底温度下蓝宝石( 0 0 0 1 ) 衬底制备的s n 0 2 薄膜进行光致 山东大学博士学位论文 发光测量，首次在3 3 1h i l l 附近观测到强而尖锐的紫外发光峰。低温测量时，3 3 1 n l n 附近发光峰强度显著增强，位置出现蓝移。同时，另外三个分别位于3 6 9n l i l 、 3 7 5a m 和5 0 0a m 附近的发光峰也被观测到。3 3 1n m 附近的紫外发光峰被归因 于电子从导带到价带的跃迁；3 6 9n n l 和3 7 5h i 1 附近的发光峰分别被归因于电子 从导带到受主的跃迁和施主一受主对的跃迁；5 0 0n m 附近的发光峰被归因于由 样品中的缺陷或杂质引起的能级之间的跃迁。 2 首次采用m o c v d 方法，以高纯s n ( c 2 h 5 ) 4 作为锡源，高纯s b ( c h 3 ) 3 作 为s b 源，在蓝宝石( 0 0 0 1 ) 衬底上制备出了具有高稳定性的s b 掺杂的s n 0 2 透 明导电薄膜。对不同掺杂浓度薄膜的结构、光学和电学性质进行了研究。x k d 测试结果表明，制备薄膜均具有s n 0 2 四方金红石结构，且具有沿a 轴的单一取 向。样品的透射谱和霍尔测试结果表明，制备薄膜的光学带隙、电阻率、载流子 浓度和霍尔迁移率均随掺杂浓度不同而发生变化。其中掺杂比例为5 的s n 0 2 ：s b 薄膜具有最佳的光电性能，其可见光透过率超过9 0 ，光学带隙为3 7 5e v ；室 温下该样品的电阻率、载流子浓度和霍尔迁移率分别达到了9 1 1 0 4q t i l l 、 5 3 3 x 1 0 2 0c m 3 和1 2 7 3g t i l 2 v q s 一。5 掺杂s n 0 2 ：s b 样品的变温霍尔测试结果表 明，在低温范围内薄膜的电离杂质散射占了主导地位，而在高温范围内，晶格振 动散射则成为最主要的散射机制。样品的高温退火处理结果表明，所有制备薄膜 的光电性能在9 0 0 。c 下均具有极佳的热稳定性。经1 1 0 0 。c 的高温退火后，7 掺杂s n 0 2 ：s b 薄膜依然具有优良的光电性能。 3 首次采用m o c v d 方法，以高纯s n ( c 2 h 5 ) 4 作为锡源，高纯i n ( c h 3 ) 3 作 为i i l 源，在蓝宝石( 0 0 0 1 ) 衬底上制备出了与衬底晶格匹配良好的i n 掺杂的s n 0 2 薄膜。制备薄膜均具有s n 0 2 四方金红石结构和沿a 轴的单一生长取向。对不同 掺杂样品的结构性质研究表明，4 掺杂浓度的薄膜具有最佳的结晶质量。 h r x r d 和h r t e m 测试结果表明该样品为具有氧化锡四方金红石结构的单晶薄 膜，外延生长方向为s n 0 2 ( 1 0 0 ) f f a l 2 0 3 ( o o o ) ，其( 2 0 0 ) 面的( 1 ) 摇摆曲线半高 宽仅为0 0 5 5 。4 掺杂浓度样品的光学透射谱表明，薄膜的透过率较高，其可 见光范围的透过率超过9 0 ，光学带隙是3 6 4e v 。 在室温下对4 掺杂浓度s n 0 2 ：1 1 1 薄膜进行光致发光测量，室温时在3 3 9n m 附近观测到唯一的强紫外发光峰。低温测量时，3 3 9h i l l 附近的紫外发光峰的强 山东大学博士学位论文 度增强，位置出现蓝移。同时，另外两个分别位于3 6 9n m 和4 9 3n m 附近的发光 峰也被观测到。3 3 9n m 附近的紫外发光峰同样被归因于电子从导带到价带的跃 迁；3 6 9n i 1 附近的发光峰被归因于电子从导带到1 1 1 3 + 受主能级的跃迁：4 9 3n l l 附近的发光峰被归因于由样品中的缺陷或杂质引起的能级之间的跃迁。 关键词：射频磁控溅射：金属有机化学气相沉积；s n 0 2 薄膜；s b 掺杂s n 0 2 薄 膜；i n 掺杂s n 0 2 薄膜。 i v 山东大学博士学位论文 a b s t r a c t i nr e c e n ty e a r s ，t h e r eh a sb e e ni n c r e a s i n gi n t e r e s ti nt h er e s e a r c ho fw i d eb a n d g a ps e m i c o n d u c t o r sd u et o t h e h u g ec o m m e r c i a ld e s i r e f o rs h o r t - w a v e l e n g t h l u m i n e s c e n td e v i c e s z n oa n dg a nh a v eb e e nt h er e s e a r c hf o c u sa l la l o n g ，b u tn o wi t s e e m st h a tt h e r ei sm o r ea t t e n t i o nb e i n gp a i dt os n 0 2 a saw i d e b a n dg a p s e m i c o n d u c t o rw i t hd i r e c tb a n d g a p ，s n 0 2h a sv e r ys t a b l ep h y s i c a la n dc h e m i c a l p r o p e r t i e s c o m p a r e dw i t hz n oa n dg a n ，s n 0 2h a ss o m ea d v a n t a g e s ，s u c ha saw i d e r b a n dg a po f3 6e va tr o o mt e m p e r a t u r e ，ah i g h e re x c i t o nb i n d i n ge n e r g yo f13 0m e v ， al o w e rg r o w t ht e m p e r a t u r e ，a n dh i g h e rc h e m i c a ls t a b i l i t y a l lt h ev i r t u e sm e n t i o n e d a b o v em a k es n 0 2ap r o m i s i n gu va n db l u el u m i n e s c e n c em a t e r i a l a sak e y f u n c t i o n a lm a t e r i a l ，s n 0 2h a sb e e nw i d e l yu s e di nt h ef i e l d so ft r a n s p a r e n tc o n d u c t i n g o x i d e s ( t c o ) a n dg a ss e n s o r s i nt h ep a s t ，t h ei n v e s t i g a t i o no fs n 0 2f i l m sw a sm a i n l y f o c u s e do nt h e s et w of i e l d s f o rt h eo p t i c a lp r o p e r t i e s ，m u c ha t t e n t i o nw a sp a i do nt h e t r a n s m i s s i o n ，r e f l e c t i o na n dr e f r a c t i o n ，s e l d o mo nt h ep h o t o l u m i n e s c e n c e ( p l ) u n t i l n o w , n os t u d yw a sr e p o r t e do nt h ea v a i l a b l er o o mt e m p e r a t u r ep lf o rs n 0 2 i fw ec a n o b t a i ns n 0 2f i l m sw i t hs t a b l ep lp r o p e r t i e st h r o u g ht h es t u d yo fp r e p a r a t i o na n dp l m e c h a n i s m s ，w ec a ng e tan e ws e m i c o n d u c t o rm a t e r i a lw i t hu v - v i o l e tl u m i n e s c e n t p r o p e r t i e s h o w e v e r , t h es n 0 2f i l m sp r e p a r e db yt h ec o m m o nm e t h o d ss u c ha s s p u t t e r i n g ，c v d ，a n ds p r a yp y r o l y s i sa r ed e f e c t i v ew i t hb a dp lp r o p e r t i e sa n d d i f f i c u l tt om a n u f a c t u r el u m i n e s c e n td e v i c e s u n d e rs u c hb a c k g r o u n d ，t h ep r e p a r a t i o n a n dc h a r a c t e r i z a t i o no fh i g hq u a l i t ys n 0 2f i l m sa r ei n v e s t i g a t e di nt h i sa r t i c l e t h ec o n t e n to ft h i sa r t i c l ec o n s i s t so ft w op a r t s i nt h ef i r s tp a r t ，s b d o p e ds n 0 2 f i l m sw e r ed e p o s i t e db yr fm a g n e t r o ns p u t t e r i n g ，t h es t r u c t u r a la n do p t i c a lp r o p e r t i e s o ft h ef i l m sw e r ei n v e s t i g a t e d ，a n ds o m en e wp lp h e n o m e n aw e r eo b s e r v e d i nt h e s e c o n dp a r t ，h i g hq u a l i t ys n 0 2f i l m s ，s b - d o p e ds n 0 2f i l m s ，a n di n - d o p e ds n 0 2f i l m s w e r ep r e p a r e db ym o c v d t h es t r u c t u r a l ，o p t i c a la n de l e c t r i c a lp r o p e r t i e so ft h e f i l m sw e r ei n v e s t i g a t e di nd e t a i l v 山东大学博士学位论文 t h em a j o rr e s e a r c hw o r ka n dr e s u l t so ft h ef i r s tp a r ta r ea sf o l l o w s ： 1 s b - d o p e ds n 0 2f i l m sw e r ep r e p a r e db yr fm a g n e t r o ns p u t t e r i n g ，a n dt h e e x p e r i m e n t a lp r o c e d u r ew a sd e s c r i b e d t h es t r u c t u r a l ，o p t i c a la n dp lp r o p e r t i e so ft h e f i l m sa saf u n c t i o no fs u b s t r a t e ，s p u t t e r i n gp o w e ra n da n n e a l i n gw e r ei n v e s t i g a t e di n d e t a i l ，a n dt h ec o r r e s p o n d i n gp h y s i c a lm e c h a n i s m sw e r ed i s c u s s e d t h ex r d r e s u l t s i n d i c a t e dt h a tt h ep r e p a r e ds a m p l e sw e r ep o l y c r y s t a l l i n ef i l m sh a v i n gr u t i l es t r u c t u r e o fp u r es n 0 2w i t hp r e f e r r e do r i e n t a t i o no f ( 110 ) d i r e c t i o n ；t h el a t t i c ec o n s t a n t so ft h e f i l m sw e r el a r g e rt h a nt h es t a n d a r dv a l u eo fs n 0 2a n df i l m sp r e p a r e do ns a p p h i r e ( 0 0 01 ) h a dt h em o s ta p p r o p r i a t el a t t i c ec o n s t a n t s ；b o t hi n c r e a s e ds p u r e r i n gp o w e ra n d a n n e a l i n gc o u l de n h a n c et h ep r e f e r r e do r i e n t a t i o n , e n l a r g et h eg r a i ns i z ea n di m p r o v e t h ec r y s t a l l i z a t i o no ft h ef i l m s t h et r a n s m i t t a n c es p e c t r u mf o rt h e15 0wd e p o s i t e d s n 0 2 ：s bf i l me x h i b i t e dh i g ht r a n s m i t t a n c e ，w i t ha b s o l u t ea v e r a g et r a n s m i t t a n c eo v e r 9 0 i nt h ev i s i b l er e g i o na n do p t i c a lb a n dg a po f3 8 0e vo b t a i n e d 2 t h ep ls p e c t r ao ft h e15 0w d e p o s i t e ds n 0 2 ：s bf i l mw e r em e a s u r e da tr o o m t e m p e r a t u r e au l t r a - v i o l e t ( t r y 3p lp e a kn e a r3 3 4n n lw a so b s e r v e df o rt h ef i r s tt i m e i nt h em e a n w h i l e ，t w oo t h e rp lp e a k sl o c a t e dn e a r3 9 3a n d4 3 0n n lw e r ea l s o o b s e r v e d a f t e ra n n e a l i n ga t6 0 09 c ，t h ep lp e a k sn e a r3 3 4a n d3 9 3n l t lb e c a m em o r e i n t e n s e ，w h i l et h ei n t e n s i t yo ft h ep lp e a kn e a r4 3 0h i l ld e c r e a s e d t h ep lp e a k sn e a r 3 3 4 ，3 9 3 ，a n d4 3 0n n lw e r ea s c r i b e dt ot h ee l e c t r o nt r a n s i t i o nb e t w e e nt h ed o n o rl e v e l f o r m e db ys b 5 + a n dt h ev a l e n c eb a n d ，t h ee l e c t r o nt r a n s i t i o nb e t w e e nt h ed o n o rl e v e l a n dt h ea c c e p t e rl e v e lf o r m e db ys bi o n s ，a n dt h ee l e c t r o nt r a n s i t i o nr e l a t e dt ot h e s t r u c t u r a ld e f e c t so ri m p u r i t i e sf o r m e dd u r i n gt h eg r o w t h , r e s p e c t i v e l y t h em a j o rr e s e a r c hw o r ka n dr e s u l t so ft h es e c o n dp a r ta r ea sf o l l o w s ： 1 h i g h - q u a l i t ys n 0 2f i l m sw e r es u c c e s s f u l l yp r e p a r e db ym o c v d u l t r ah i g h p u r i t ys n ( c 2 h 5 ) 4 ，n 2a n d0 2w e r eu s e da st h eo r g a n o m e t a l l i cs o u r c e ，c a r r i e rg a s ，a n d o x i d a n t ，r e s p e c t i v e l y x r da n ds e mr e s u l t si n d i c a t e dt h a ts n 0 2f i l m sd e p o s i t e do n s a p p h i r e ( 0 0 01 ) h a dt h eb e s tc r y s t a l l i n eq u a l i t y t h es t r u c t u r a l ，o p t i c a la n de l e c t r i c a l p r o p e r t i e so ft h es n 0 2f i l m sd e p o s i t e do ns a p p h i r e ( o o o1 ) a td i f f e r e n ts u b s t r a t e t e m p e r a t u r e sw e r ei n v e s t i g a t e di nd e t a i l x r da n da f mr e s u l t ss h o w e dt h a t a s s u b s t r a t et e m p e r a t u r ei n c r e a s e d ，t h ef i l m sc h a n g e df r o ms i n g l ec r y s t a l l i n et o v i 山东大学博士学位论文 p o l y c r y s t a l l i n e a n ds n 0 2f i l mp r e p a r e da t6 0 0 。ch a dt h eb e s tc r y s t a l l i n eq u a l i t y t h e h r x r da n dh r t e mr e s u l t si n d i c a t e dt h a tt h e6 0 0 。cp r e p a r e ds a m p l ew a ss i n g l e c r y s t a l l i n ef i l mh a v i n gt h er u t i l es t r u c t u r eo fp u r es n 0 2w i t hac l e a re p i t a x i a l r e l a t i o n s h i po fs n 0 2 ( 10 0 ) a 1 2 0 3 ( 0 0 01 ) t h ef u l lw i d t ha th a l fm a x i m u mo ft h e c o r o c k i n gc u l v eo f ( 2 0 0 ) r e f l e c t i o ni so n l y0 1 lo ，i n d i c a t i n gah i g hq u a l i t yc r y s t a l l i n e s t r u c t u r eo b t a i n e d t oo u rk n o w l e d g e ，t h i si st h es m a l l e s tv a l u eo b t a i n e du n t i ln o w t h eo p t i c a lt r a n s m i t t a n c es p e c t r as h o w e dt h a tt h ea v e r a g et r a n s m i t t a n c ei nt h ev i s i b l e r a n g ef o ra l lf i l m sw a so v e r9 0 n eo p t i c a lb a n dg a pc h a n g e dw i t ht h es u b s t r a t e t e m p e r a t u r e ，w i t ham i n i m u mv a l u eo f3 5 8e vo b t a i n e da t6 0 0 。c t h eh a l l m e a s u r e m e n t si n d i c a t e dt h a tr e s i s t i v i t y , h a l lm o b i l i t ya n dc a r r i e rc o n c e n t r a t i o nf o rt h e f i l m sa l s oc h a n g e dw i t ht h es u b s t r a t et e m p e r a t u r e f i l md e p o s i t e da t6 0 0 。ce x h i b i t e d t h eh i g l l e s th a l lm o b i l i t yo f2 7 6 7c m 2 v - i s 1 1 1 ep ls p e c t r ao ft h es n 0 2f i l md e p o s i t e da t6 0 0 。co ns a p p h i r e ( 0 0 01 ) w e r e m e a s u r e d a ni n t e n s ea n ds h a r pu vp lp e a kn e a r3 31n n lw a so b s e r v e da tr o o m t e m p e r a t u r ef o rt h ef i r s tt i m e w 1 l i l em e a s u r e da tl o wt e m p e r a t u r e t h ei n t e n s i t yo ft h i s u vp lp e a ki n c r e a s e ds h a r p l ya n dt h ep e a kp o s i t i o ns h i f t e dt o w a r d sh ig h e re n e r g y i n t h em e a n w h i l e ，t h r e eo t h e rp lp e a k sn e a r3 6 9 ，3 7 5 ，a n d5 0 0mw e r ea l s oo b s e r v e d t h eo r i g i no ft h eu vp lp e a kn e a r3 31m nw a sa s c r i b e dt ot h ee l e c t r o nt r a n s i t i o n f r o mt h ec o n d u c t i o nb a n dt ot h ev a l e n c eb a n d t h ep lp e a k sn e a r3 6 9 ，3 7 5 ，a n d5 0 0 n l nw e r ea s c r i b e dt ot h eb a n d - a c c e p t o rt r a n s i t i o n ，t h ed o n o r - a c c e p t o rp a i rt r a n s i t i o n , a n dt h ee l e c t r o nt r a n s i t i o nr e l a t e dt ot h es t r u c t u r a ld e f e c t so ri m p u r i t i e sf o r m e dd u r i n g t h eg r o w t h ，r e s p e c t i v e l y 2 s b d o p e ds n 0 2t r a n s p a r e n tc o n d u c t i n gf i l m sw e r ep r e p a r e do ns a p p h i r e ( 0 0 0 1 ) s u b s t r a t e sb ym o c v df o rt h ef i r s tt i m e h i g l lp u r i t ys n ( c 2 h 5 ) 4a n ds b ( c h 3 ) 3w e r e u s e da st h eo r g a n o m e t a l l i cs o u r c e s t h es t r u c t u r a l o p t i c a la n de l e c t r i c a lp r o p e r t i e so f t h ef i l m sd e p e n d e n to nd o p i n gl e v e lw e r ei n v e s t i g a t e di nd e t a i l t h ex r dr e s u l t s s h o w e dt h a ta l lt h ef i l m sh a dt h et e t r a g o n a lr u t i l es t r u c t u r ea n das i n g l eo r i e n t a t i o n a l o n ga - a x i s t h eo p t i c a lt r a n s m i t t a n c es p e c t r aa n dh a l lm e a s u r e m e n t si n d i c a t e dt h a t t h eo p t i c a lb a n dg a p ，r e s i s t i v i t y , c a r r i e rc o n c e n t r a t i o na n dh a l lm o b i l i t yf o rt h ef i l m s c h a n g e dw i t ht h ed o p i n gl e v e l t h e5 s b d o p e ds n 0 2f i l me x h i b i t e dt h eb e s to p t i c a l v t t 山东大学博士学位论文 a n de l e c t r i c a lp r o p e r t i e sw i t ha v e r a g et r a n s m i t t a n c e so v e r9 0 i nt h ev i s i b l er a n g e a n do p t i c a lb a n dg a po f3 7 5e v t h er e s i s t i v i t y , c a r t i e rc o n c e n t r a t i o na n dh a l l m o b i l i t yf o rt h e5 s b d o p e ds n 0 2f i l mw e r e9 1 10 4q c m ，5 3 3 x10 2 0c m 3a 1 1 d l2 7 3c x l l 2 v - 1 s ，r e s p e c t i v e l y t h el o wt e m p e r a t u r eh a l lm e a s u r e m e n t si n d i c a t e dt h a t i o n i z e di m p u r i t ys c a t t e r i n gw a sd o m i n a n ti nt h el o wt e m p e r a t u r er a n g ea n dl a t t i c e v i b r a t i o n s c a t t e r i n g w a sd o m i n a n ti nt h e h i g ht e m p e r a t u r er a n g e t h eh i g h t e m p e r a t u r ea n n e a l i n gs h o w e dt h a ta l lt h es n 0 2 ：s bf i l m sh a dg o o dt h e r m a ls t a b i l i t y u n d e r9 0 0 。c a n dt h e7 s b - d o p e ds n 0 2f i l ms t i l le x h i b i t e dg o o de l e c t r i c a la n d o p t i c a lp r o p e r t i e se v e na t110 0 。c 3 i n d o p e ds n 0 2f i l m sw e r ep r e p a r e do ns a p p h i r e ( 0 0 0 1 ) s u b s t r a t e sb ym o c v d f o r t h ef i r s tt i m e h i 。g hp u r i t ys n ( c 2 h s ) 4a n di n ( c h 3 ) 3w e r eu s e da st h eo r g a n o m e t a l l i c s o u r c e s a l lt h ef i l m sh a dt h et e t r a g o n a lr u t i l es t r u c t u r eo fs n 0 2a n das i n g l e o r i e n t a t i o na l o n g 口- a x i sw i t ht h eb e s ts i n g l ec r y s t a l l i n es t r u c t u r eo b t a i n e da t4 o fi n c o n c e n t r a t i o n h r x r da n dh r t e mr e s u l t si n d i c a t e dt h a tt h e4 i n d o p e ds a m p l e w a ss i n g l ec r y s t a l l i n ef i l mo fr u t i l es t r u c t u r ew i t hac l e a re p i t a x i a lr e l a t i o n s h i po f s n 0 2 ( 1 0 0 ) a 1 2 0 3 ( 0 0 0 1 ) a n d f u l lw i d t ha th a l fm a x i m u mo f0 0 5 5 0f o rt h e 一r o c k i n gc u r v eo f ( 2 0 0 ) r e f l e c t i o n t h et r a n s m i t t a n c es p e c t r u mf o rt h e4 i n - 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