ZnO的透明導(dǎo)電薄膜的制備與研究.pdf

1、ZnO是Ⅱ-Ⅵ族，直接寬帶隙半導(dǎo)體材料，常溫下其禁帶寬度為3.3eV，激子束縛能為60meV，晶體結(jié)構(gòu)為六方纖鋅礦結(jié)構(gòu)。通過摻雜可使得ZnO具有優(yōu)異的光電特性，使其在光電器件上具有重要的應(yīng)用價(jià)值。其中摻雜鋁的ZnO薄膜是目前研究最多的。因?yàn)镮TO的價(jià)格較昂貴，且In有毒，對人體和自然環(huán)境都有一定的影響，所以目前研究的透明導(dǎo)電氧化物薄膜主要以尋找可替代ITO薄膜的方向出發(fā)。本文也從尋找可替代ITO薄膜的角度出發(fā)，分別用射頻磁控濺射法和溶膠

2、-凝膠法制備AZO(ZnO:Al)薄膜。主要通過改變工藝參數(shù)的方法，找到最優(yōu)的參數(shù)值使得薄膜的電學(xué)和光學(xué)特性最好。用XRD、SEM、AFM、四探針、單色儀分別對對薄膜的結(jié)構(gòu)特性、表面形貌、薄膜電學(xué)性能、薄膜光學(xué)性能進(jìn)行分析。
　　 實(shí)驗(yàn)表明，工藝參數(shù)對薄膜的性能具有非常重要的影響，Zn和Al分別是以Zn2+和Al3+的形式存在的，Al摻雜并沒有改變ZnO薄膜的纖鋅礦結(jié)構(gòu)，薄膜仍具有(002)方向的擇優(yōu)取向。對于磁控濺射法制備的A

3、ZO薄膜，其改變的工藝參數(shù)分別為：濺射功率、濺射氣體流量、襯底溫度。當(dāng)濺射功率為180W、氬氣流量為15sccm、襯底溫度為200℃、本征壓強(qiáng)為1.5×10-3Pa、沉積時(shí)間為60min時(shí)，制備的薄膜的方阻值最低為12Ω/□。對于溶膠-凝膠法制備的AZO薄膜，其改變的工藝參數(shù)為：摻雜鋁的質(zhì)量分?jǐn)?shù)、退火溫度、鍍膜層數(shù)。當(dāng)溶膠濃度為0.3M、Al的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5％at.、鍍膜層數(shù)為15層、退火溫度為500℃保溫1h，隨后在自然環(huán)境中快速冷卻時(shí)

4、制備的薄膜獲得最小的方阻值為20Ω/□。
　　 從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，用物理方法和化學(xué)方法制備的AZO薄膜都表現(xiàn)出很好的可見光區(qū)的透射率，平均值一般都在90％以上；薄膜的電學(xué)性能差距不大。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)薄膜的電學(xué)性能越好時(shí)，薄膜的光學(xué)帶隙越寬，發(fā)生了“藍(lán)移”現(xiàn)象，這可用Burstein-Moss效應(yīng)解釋。同時(shí)，通過改變不同工藝參數(shù)的值，驗(yàn)證了工藝參數(shù)對薄膜的電學(xué)和光學(xué)性能都有很大的影響。
　　 本文從物理和化學(xué)兩種方法對AZ