氧化鋅鈦透明半導(dǎo)體薄膜的制備工藝和光電性能研究.pdf

1、氧化銦錫（ITO）透明導(dǎo)電薄膜具有高的可見(jiàn)光區(qū)透過(guò)率、較低的電阻率和較高的功函數(shù)，被廣泛應(yīng)用于光電子領(lǐng)域。但由于銦的自然儲(chǔ)量少、成本高、有毒性、穩(wěn)定性能不理想等原因限制了ITO的應(yīng)用范圍，因此，研制ITO的替代產(chǎn)品已成為該領(lǐng)域的一個(gè)重要課題。氧化鋅（ZnO）具有優(yōu)良的光電、鐵電和壓電特性，可以方便地制備出性能優(yōu)良的功能薄膜，已經(jīng)成為近20年來(lái)半導(dǎo)體材料領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。摻雜氧化鋅具有原材料豐富、價(jià)格低廉、無(wú)毒性、穩(wěn)定性好以及沉積溫度較

2、低等優(yōu)勢(shì)，被認(rèn)為是替代ITO薄膜的理想材料之一，在平板顯示器、太陽(yáng)能電池、發(fā)光二極管和傳感器等諸多領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。
　　本文以普通玻璃作為襯底材料，采用射頻磁控濺射技術(shù)制備氧化鋅鈦（TZO）透明半導(dǎo)體薄膜，通過(guò)X射線衍射儀（XRD）、X射線光電子能譜儀（XPS）、紫外-可見(jiàn)（UV-Vis）分光光度計(jì)、四探針儀等測(cè)試，研究了TZO薄膜的微觀結(jié)構(gòu)、光學(xué)性質(zhì)、電學(xué)性質(zhì)以及光電綜合性能，并利用有效單振子模型分析了TZO薄膜的折射率

3、色散性質(zhì)，獲得了如下主要結(jié)論：
　?。?）襯底溫度對(duì)TZO薄膜微觀結(jié)構(gòu)和光電性能的影響。不同襯底溫度下所制備的TZO薄膜均為多晶的六角纖鋅礦結(jié)構(gòu)，并且具有（002）擇優(yōu)取向生長(zhǎng)特性，鈦摻雜沒(méi)有改變薄膜的晶體結(jié)構(gòu)。襯底溫度變化對(duì)薄膜的結(jié)晶性能和光電性能具有一定的影響，當(dāng)襯底溫度為410 K時(shí)，TZO薄膜的可見(jiàn)光區(qū)平均透過(guò)率最高（76.21％）、品質(zhì)因數(shù)最大（3.17×103 S?cm-1）、光電綜合性能性能最優(yōu)。另外，在本文研究的范

4、圍之內(nèi)，襯底溫度對(duì) TZO薄膜的光學(xué)帶隙影響不明顯（3.47~3.49 eV）。
　　（2）濺射氣壓對(duì)TZO薄膜微觀結(jié)構(gòu)和光電性能的影響。在不同濺射氣壓條件下，TZO薄膜的結(jié)晶質(zhì)量和光電綜合性能隨著濺射氣壓增加而呈現(xiàn)出先變好而后變差的趨勢(shì)，當(dāng)濺射氣壓為0.6 Pa時(shí)，TZO薄膜的電阻率最低（1.15×10-3??cm）、品質(zhì)因數(shù)最大（3.17×103 S?cm-1），具有最佳的光電綜合性能。同時(shí)濺射氣壓對(duì)TZO薄膜的光學(xué)帶隙也具有

5、較明顯的影響（3.45~3.49 eV），濺射氣壓為0.6 Pa時(shí)光學(xué)帶隙最大（3.49 eV）。
　?。?）靶基距離對(duì)TZO薄膜微觀結(jié)構(gòu)和光電性能的影響。靶基距離從70 mm增加到75 mm時(shí)，TZO薄膜的可見(jiàn)光區(qū)平均透過(guò)率和電阻率均減小，而光學(xué)帶隙和品質(zhì)因數(shù)增大。當(dāng)靶基距離為75 mm時(shí)，TZO薄膜的光學(xué)帶隙為3.47 eV、品質(zhì)因數(shù)較大為2.67×103 S/cm-1，其光電綜合性能較好。
　?。?）TZO薄膜光學(xué)常數(shù)

6、的計(jì)算及其折射率色散性質(zhì)的分析?；跍y(cè)試的透過(guò)率數(shù)據(jù)計(jì)算了不同工藝參數(shù)時(shí) TZO薄膜的光學(xué)常數(shù)，結(jié)果表明：在可見(jiàn)光區(qū)TZO薄膜的折射率隨波長(zhǎng)增加而減小，表現(xiàn)為正常色散關(guān)系，同時(shí)折射率的色散行為遵循有效單振子模型。
　?。?）制備TZO薄膜的最佳工藝條件?；谥苽涔に噮?shù)對(duì)TZO薄膜光電綜合性能影響的研究，獲得了射頻磁控濺射法沉積TZO薄膜的最佳工藝條件如下：襯底溫度為410 K，濺射氣壓為0.6 Pa，靶基距離為75 mm，濺射功