One-step epitaxy of high-mobility La-doped BaSnO3 films by high-pressure magnetron sputtering

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作者
Ruyi Zhang,Xinyan Li,Jiachang Bi,Shunda Zhang,Shaoqin Peng,Yang Song,Qinghua Zhang,Lin Gu,Junxi Duan,Yanwei Cao
出处
期刊:APL Materials [American Institute of Physics]
卷期号:9 (6) 被引量:23
标识
DOI:10.1063/5.0046639
摘要

As unique perovskite transparent oxide semiconductors, high-mobility La-doped BaSnO3 films have been successfully synthesized by molecular beam epitaxy and pulsed laser deposition. However, it remains a big challenge for magnetron sputtering, a widely applied technique suitable for large-scale fabrication, to grow high-mobility La-doped BaSnO3 films. In this work, we developed a method to synthesize high-mobility epitaxial La-doped BaSnO3 films (with mobility up to 121 cm2 V−1 s−1 at the carrier density of ∼4.0 × 1020 cm−3 at room temperature) directly on SrTiO3 single crystal substrates using high-pressure magnetron sputtering. The structural and electrical properties of La-doped BaSnO3 films were characterized by combined high-resolution x-ray diffraction, x-ray photoemission spectroscopy, and temperature-dependent electrical transport measurements. The room-temperature electron mobility of La-doped BaSnO3 films achieved in this work is two to four times higher than the reported values of the films grown by magnetron sputtering. Moreover, in the high carrier density range (n > 3 × 1020 cm−3), the electron mobility value of 121 cm2 V−1 s−1 achieved in our work is among the highest values for all reported doped BaSnO3 films. It is revealed that high argon pressure during sputtering plays a vital role in stabilizing the fully relaxed films and inducing oxygen vacancies, which facilitates high mobility at room temperature. Our work provides an easy and economical way to massively synthesize high-mobility transparent conducting films for transparent electronics.

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