磁控濺射制備ZnO透明導(dǎo)電薄膜的研究.pdf

1、氧化鋅是一種Ⅱ-Ⅵ族半導(dǎo)體材料，在室溫條件下?lián)碛?.3eV的寬禁帶和較高的激子束縛能(60meV)，還擁有較高的穩(wěn)定性。鑒于其出眾的光學(xué)和電學(xué)性質(zhì)，氧化鋅和摻雜氧化鋅材料也被廣泛應(yīng)用在紫外探測(cè)器、發(fā)光器件、太陽(yáng)能電池、壓電傳感器、薄膜光波導(dǎo)和透明導(dǎo)電薄膜等多個(gè)領(lǐng)域。特別是ZnO基透明導(dǎo)電薄膜的研究，近期更是引起了廣泛關(guān)注。
　　 本文的主要研究?jī)?nèi)容則是：
　　 1、論述了透明導(dǎo)電薄膜的研究進(jìn)展和發(fā)展前景，對(duì)ZnO基透明導(dǎo)

2、電薄膜的制備方法做了相應(yīng)的介紹，并著重介紹了射頻磁控濺射技術(shù)和一系列研究手段及分析方法。此外，還介紹了相關(guān)實(shí)驗(yàn)設(shè)備，并對(duì)其進(jìn)行一定的改進(jìn)(基底加溫)，為提升ZnO透明導(dǎo)電薄膜的相關(guān)性能提供了保障。
　　 2、利用射頻磁控濺射法制備Dy摻雜ZnO薄膜，對(duì)摻雜量之于ZnO薄膜的影響做了相關(guān)的研究。Dy元素的摻入，對(duì)樣品的結(jié)構(gòu)和形貌有較大的影響。Dy元素?fù)诫s前后，薄膜樣品在可見(jiàn)光區(qū)的透過(guò)率均在85％以上，光學(xué)折射率表現(xiàn)出一定變化，Zn

3、O薄膜的光學(xué)帶隙也隨著Dy的摻入而變寬。
　　 3、利用射頻磁控濺射法制備Zr摻雜ZnO薄膜。樣品在可見(jiàn)光區(qū)的透過(guò)率均在90％左右，光學(xué)性能已經(jīng)能滿足工業(yè)應(yīng)用需求。摻雜前后，薄膜光學(xué)折射率有較大的變化。而Zr的摻入也使得ZnO薄膜帶隙展寬，由未摻雜時(shí)的3.25eV增大至最高Zr摻雜時(shí)的3.53eV。在室溫下制備的Zr摻雜ZnO薄膜仍具有較高的電阻率，帶隙展寬說(shuō)明薄膜內(nèi)部有較多的載流子，可能是晶格缺陷和載流子局域化使得樣品不能表現(xiàn)

4、出較高的導(dǎo)電性能。對(duì)所制備薄膜樣品進(jìn)行了退火處理，這對(duì)薄膜表面形貌有較大的影響。經(jīng)由熱處理后，未摻雜ZnO薄膜的光學(xué)透過(guò)率明顯下降，Zr摻雜的樣品透過(guò)率卻仍在90％左右，說(shuō)明Zr元素的摻入增強(qiáng)了ZnO薄膜的熱穩(wěn)定性。在對(duì)樣品進(jìn)行熱處理之后，Zr摻雜樣品也表現(xiàn)出一定的導(dǎo)電性(8.5×10-1Ω·cm)。
　　 4、實(shí)驗(yàn)當(dāng)中，對(duì)基底進(jìn)行加溫，調(diào)節(jié)濺射過(guò)程中關(guān)鍵工藝參數(shù)——氧分壓，并對(duì)所制各Zr摻雜ZnO薄膜進(jìn)行結(jié)構(gòu)與形貌的表征與研究

5、。研究表明，對(duì)基底進(jìn)行300℃加溫，并在氧分壓達(dá)到0.2Pa時(shí)，Zr摻雜的ZnO薄膜樣品呈現(xiàn)更高的擇優(yōu)取向，薄膜晶粒尺寸最大，結(jié)晶化程度也要更高?；准訙靥幚碇?，Zr摻雜ZnO薄膜樣品的透過(guò)率同樣在80％以上，薄膜光學(xué)帶隙則隨著氧分壓的升高而不斷變化；基底加溫使得Zr摻雜ZnO薄膜樣品呈現(xiàn)出一定的導(dǎo)電性，氧分壓的變化也導(dǎo)致薄膜樣品具有不同的電阻率，當(dāng)氧分壓升至0.2Pa時(shí)，所制備薄膜樣品的電阻率降低至3.5×10-1Ω·cm。