雙金屬摻雜ZnO薄膜的制備及光電性能.pdf

1、為了改善ZnO薄膜的光電性能，在傳統(tǒng)的金屬-非金屬摻雜制備ZnO功能薄膜的基礎(chǔ)上，嘗試了雙金屬摻雜制備ZnO光電薄膜。采用溶膠-凝膠法制備了Al摻雜、La摻雜、Al-Na共摻以及La-Na共摻的ZnO薄膜，并對摻雜前后ZnO薄膜的導(dǎo)電性能、透光率及結(jié)構(gòu)的變化進(jìn)行了研究。
　　研究結(jié)果表明，Al、La、Al-Na、La-Na摻雜均能提高ZnO薄膜的導(dǎo)電性，其中Al單摻的效果最為顯著。摻雜元素的摻雜量對ZnO薄膜的導(dǎo)電性有明顯影響，一

2、般隨著摻雜元素添加量的增大呈現(xiàn)先降后升的“U”型變化規(guī)律。單摻時，Al離子摻雜濃度在1.2mol％時改性ZnO薄膜的電阻率最低，可達(dá)到0.112·cm-1；而La離子摻雜濃度在0.35mol%時，改性ZnO薄膜的電阻率較低，為1.84·cm-1。Al-Na、La-Na共摻時改性ZnO薄膜的電阻率均比單摻時要明顯升高。退火溫度對薄膜的導(dǎo)電性也有重要影響，隨著退火溫度的升高，Al單摻、La單摻和La-Na共摻的改性ZnO薄膜的電阻率都呈現(xiàn)升

3、高的趨勢，而Al-Na共摻改性ZnO薄膜的電阻率則呈現(xiàn)降低的趨勢。Al單摻和La單摻制備的ZnO薄膜都有較高的透光率，平均水平在83%以上，而Al-Na共摻和La-Na共摻薄膜透光率均出現(xiàn)了不同程度的降低。
　　SEM測試表明，隨著摻雜元素離子濃度的升高，La單摻和La-Na共摻ZnO薄膜呈現(xiàn)出晶粒長大趨勢，而且這種趨勢在退火溫度高于450℃時更加明顯。XRD測試結(jié)果顯示，在退火溫度分別為450℃、500℃、550℃下，單摻和共摻

4、的ZnO薄膜在（002）晶面上均能呈現(xiàn)出擇優(yōu)生長，其峰位置相對于純ZnO有微弱偏移，在（100）和（101）晶面表現(xiàn)出峰強(qiáng)和峰位置的變化，說明摻雜元素進(jìn)入晶格。
　　通過Materials Studios計算軟件對摻雜ZnO體系進(jìn)行了理論計算，計算結(jié)果顯示摻雜使晶胞發(fā)生畸變，變化的程度由摻雜元素離子半徑所決定；通過對摻雜元素單取代Zn位以及共摻雜元素均取代Zn位的態(tài)密度和能帶寬度的計算，可以解釋Al-Na共摻改性ZnO薄膜的電阻率