通過固相反應燒結在高溫下制備出高致密度的純相CuAlO2陶瓷靶材。采用脈沖激光沉積技術在藍寶石和石英襯底上制備了CuAlO2薄膜，為進一提高CuAlO2薄膜性能，對樣品進行了退火處理。通過X 射線衍射、掃描電鏡、紫外-可見光分光光度計和霍爾效應檢測儀對樣品進行表征，研究了退火條件對薄膜結構、形貌、光學性能和電學性能的影響，并獲得了最佳退火工藝參數: 退火氣氛為一個大氣壓下的氬氣氣氛，退火溫度1000℃，退火時間30 min。在最佳退火條件下，經過退火處理后的CuAlO2薄膜在可見光下的光學透過率達70% ～ 80%，帶隙寬度3. 5 eV，電阻率16. 67 Ω·cm。

　　透明導電氧化物( Transparent Conducting Oxide，TCO) 材料在可見光范圍內具有高透過率、高電導率而廣泛應用于液晶顯示器、有機發光二極管、太陽能電池等光電器件領域。按照導電載流子種類的不同，TCO 材料可分為以自由電子為載流子的n 型TCO 材料以及以空穴為載流子的p 型TCO 材料。由于金屬-氧離子鍵對空穴的強烈局域化作用導致空穴在氧離子附近難以移動，p 型TCO 材料的電阻率遠高于n 型材料，無法制備性能優良的p-n結，因此p 型TCO 的實現將極大擴展透明導電材料的應用范圍。在目前已合成的p 型TCO 中，以Cu + 為基的三元化合物CuAlO2占據重要地位。

　　Kawazoe 等基于化學修飾( Chemical modulation of the valence band，CMVB) 理論首次制備出具有銅鐵礦結構的p 型TCO 材料。這種材料無需摻雜就顯示p 型導電性，能傳輸可見光，以及通過吸收紫外光來產生電，開辟了透明電子工業的新領域。因此，CuAlO2以及由其衍生出的CuInO2和CuGaO2等銅鐵礦結構CuM3 + O2在最近幾年成為研究的焦點。

　　CuAlO2薄膜可通過磁控濺射、脈沖激光沉積(Pulse Laser Deposition，PLD) 、溶膠-凝膠等方法制備，其中脈沖激光沉積技術具有沉積參數可控、易操作、工作效率高、薄膜沉積均勻等優點，是目前CuAlO2薄膜最具前景的制備技術。研究表明，沉積態的CuAlO2薄膜結晶質量普遍不高，可以通過退火處理改善CuAlO2薄膜的質量。

　　本文以致密的CuAlO2陶瓷為靶材，采用脈沖激光沉積技術在藍寶石和石英襯底上制備CuAlO2薄膜，并對樣品進行退火處理，研究退火條件對薄膜結構和性能的影響。

1、實驗

　　按照1：1 的化學計量比稱量高純Cu2O 粉末和Al2O3粉末，共10 g。然后用球磨機將粉末球磨6h，使其混合均勻并放入干燥箱中烘干24 h。將烘干的混合粉末放入坩堝，在箱式高溫爐中以1150℃進一步煅燒10 h，獲得CuAlO2粉末。將CuAlO2粉末再球磨6 h 并烘干，然后再研磨粉末1 h，使粉末細化。之后通過壓靶機將其壓制成型，并將壓制成型的靶材放入坩堝，在箱式高溫爐中以1150℃煅燒4h，獲得致密度高、無裂紋的CuAlO2靶材。

　　以藍寶石和石英玻璃為襯底，分別經丙酮、乙醇溶液超聲處理10 min，去離子水沖洗干凈，高純N2吹干。將清洗后的襯底放入生長腔，通過機械泵和分子泵將其抽至本底真空( 1 × 10 ^-3 Pa) 。加熱襯底至薄膜沉積溫度，通入氧氣至沉積氣壓并保持不變。然后開啟激光光源，設定激光能量，通過激光燒蝕CuAlO2靶材，在襯底上沉積薄膜，具體沉積工藝參數如表1 所示。薄膜沉積后，采用BTF-1200C 管式高溫爐對沉積態薄膜進行退火處理，并研究退火氣氛、溫度和時間對薄膜的影響。采用X 射線衍射( XRD) 儀對退火前后的CuAlO2薄膜進行物相與結構分析，采用掃描電鏡( SEM) 表征薄膜的表面形貌，采用紫外-可見光分光光度計和霍爾效應檢測儀測量薄膜的光學和電學性能。

3、結論

　　通過固相反應法成功燒結了高致密的純相CuAlO2陶瓷靶材，并采用脈沖激光沉積方法在藍寶石與石英襯底上沉積了CuAlO2薄膜。沉積態的CuAlO2薄膜含有較多雜相且結晶質量較低，退火處理消除了CuAlO2薄膜中的CuO 和CuAl2 O4等主要雜相，提高了薄膜結晶質量，促進了薄膜的( 001) 晶面擇優生長。獲得了最佳退火條件: 溫度為1000℃，退火時間為30 min，退火氣氛為Ar。在最佳退火條件下，經過退火處理后的CuAlO2薄膜在可見光區域的光學透過率達70% ～ 80%，帶隙寬度3. 5 eV，電阻率16. 67 Ω·cm。