ZnO薄膜的制備及磁熱電特性研究.pdf

1、氧化鋅是重要的II-VI族直接帶隙(3.37eV)半導(dǎo)體材料,具備資源豐富、無毒、易實(shí)現(xiàn)摻雜等優(yōu)點(diǎn)。由于氧化鋅基薄膜具有良好的光電性能,在發(fā)光器件、透明電極及太陽能電池等領(lǐng)域有著非常廣闊的應(yīng)用遠(yuǎn)景。近年來,由于ZnO基材料具有良好的電學(xué)性能、高溫穩(wěn)定性以及抗氧化性,使得ZnO基材料的熱電性能引起人們廣泛關(guān)注,因此有必要對其進(jìn)行系統(tǒng)研究。
　　本論文采用射頻磁控濺射方法,在玻璃基底上制備了ZnO:Ga(GZO)、ZnO:Al(AZO

2、)薄膜,利用XRD、SEM、XPS、AFM、Hall等測試手段對薄膜進(jìn)行表征和分析,研究了不同Ga摻雜濃度(1、3、5、7at.％)ZnO薄膜(GZO1、GZO2、GZO3、GZO4)和摻雜濃度為3at.％的不同濺射時間(0.5、1.0、1.5、2.0h)的Al摻雜ZnO薄膜(AZO1、AZO2、AZO3、AZO4))的結(jié)構(gòu)、形貌、成分、導(dǎo)電性能及磁熱電特性,并對比分析了3at.％相同摻雜濃度下GZO、AZO薄膜的熱電與磁熱電特性。得到

3、的主要結(jié)果如下:
　?、偎苽涞腉ZO、AZO薄膜均為纖鋅礦多晶結(jié)構(gòu)。薄膜表面平整、顆粒致密,薄膜具有c軸擇優(yōu)取向。薄膜中Zn、Ga、Al分別以Zn2+、Ga3+、Al3+形式存在,未發(fā)現(xiàn)其它價態(tài)的Zn、Ga、Al元素。
　?、谏倭縂a摻雜可在一定程度上改善GZO薄膜結(jié)構(gòu)和晶體質(zhì)量,而過量的Ga摻雜導(dǎo)致晶粒尺寸減小;GZO薄膜導(dǎo)電性能隨Ga摻雜濃度的增加而提高,但當(dāng)摻雜濃度大于5at.％時,電阻率增大,可能與生成了鎵的氧化物

4、有關(guān)。隨濺射時間的增加,AZO薄膜的導(dǎo)電性能逐漸提高,主要?dú)w因于隨著濺射時間的增長,改善了薄膜結(jié)晶質(zhì)量。
　?、跥ZO和AZO薄膜都具有較明顯的熱電效應(yīng),Seebeck系數(shù)均為負(fù),表現(xiàn)出n型導(dǎo)電行為,GZO薄膜的塞貝克系數(shù)的絕對值(|S|)和功率因子均隨Ga的摻雜量的增加而減小,摻雜濃度為1at.％的GZO薄膜功率因子最大,值為5.34×10-4Wm-1k-2。AZO薄膜的|S|值較大,其|S|值隨沉積時間的增加而減小。
　

5、?、茉谕饧哟艌鱿?不同摻雜濃度的GZO薄膜的|S|值隨磁場強(qiáng)度的增強(qiáng)呈現(xiàn)出先增大后減小的趨勢,不同GZO薄膜受到磁場的影響大小不同;不同濺射時間的AZO薄膜的|S|值隨磁場強(qiáng)度的增加而減小,其中0.5h濺射的AZO薄膜的|S|值受磁場影響較大。
　　⑤在磁場下,相同制備條件下的AZO和GZO薄膜的|S|值隨磁場的變化趨勢不同,AZO的|S|值隨磁場的增大而減小,而GZO薄膜的|S|值隨磁場的增強(qiáng)而增大。從電子傳輸觀點(diǎn)分析認(rèn)為,該差