磁控濺射法制備ZnO薄膜與Al摻雜ZnO(AZO)薄膜及其性能研究.pdf

1、氧化鋅(ZnO)具有典型的六方晶系結(jié)構(gòu)，它屬于寬禁帶Ⅱ-Ⅵ族。氧化鋅是一種極其重要的半導(dǎo)體材料，因其優(yōu)良的特性而被廣泛應(yīng)用于在電化學(xué)領(lǐng)域（如透光電極、太陽能電池等）和傳感器領(lǐng)域（如氣敏傳感器、聲表面波器件、紫外探測器等）。作為In2O3∶Sn(ITO)材料有效替代品的ZnO∶Al(AZO)薄膜電阻率低，導(dǎo)電性能良好。AZO薄膜的另一特性就是在可見光區(qū)具備極高的透射率，能夠作為透明導(dǎo)電氧化物(TCO)材料加以利用。此外制造該薄膜的原材料十

2、分豐富，制備技術(shù)成熟，因而有效地控制了生產(chǎn)成本，價(jià)格低廉，且在氫等離子體環(huán)境中具有高穩(wěn)定性。目前已開發(fā)出多種AZO薄膜的制備方法，其中由于磁控濺射法具有高濺射效率，低襯底溫度，非常容易操作，裝置性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)受到大家青睞，已廣泛用于薄膜的制備。
　　本學(xué)位論文在普通載玻片上采用磁控濺射法分別制備了ZnO薄膜與Al摻雜ZnO薄膜。通過相關(guān)儀器檢測，對所制備的樣品的性質(zhì)進(jìn)行了研究。主要研究內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下:
　　1、采用射頻磁

3、控濺射方法在普通載玻片上制備了ZnO薄膜，并在400℃條件下作退火處理。利用掃描電子顯微鏡(SEM)、X射線衍射(XRD)、熒光/磷光/發(fā)光分光光度計(jì)和透射譜儀對樣品的形貌、結(jié)構(gòu)、PL譜及透光率進(jìn)行了測試。結(jié)果表明:經(jīng)過退火處理后，薄膜的C軸擇優(yōu)生長更加明顯，結(jié)晶度提高且薄膜的晶粒尺寸變大，由19.80nm增大到25.19nm;此外，退火使得薄膜的致密性得以顯著改善，晶粒排列較為緊密，也具有較好的均勻性，沒有明顯的空洞和缺陷，更沒有裂紋

4、出現(xiàn);同時其平均透過率在可見光波范圍內(nèi)接近90％，光學(xué)帶隙寬度略有增大，退火前為3.28eV，退火后為3.30eV;退火后，紫峰變得尖銳，且強(qiáng)度增大。說明本實(shí)驗(yàn)中制備的薄膜的結(jié)晶質(zhì)量在退火后得到提高，退火能夠?qū)崿F(xiàn)薄膜的再生長。
　　2、采用直流和射頻磁控濺射方法在普通載玻片上制備出Al摻雜ZnO的多層薄膜(ZnO/Al/ZnO/Al/ZnO/Al/ZnO)，先在不同溫度條件下(300-600℃)對樣品進(jìn)行退火處理，然后對樣品形貌、

5、結(jié)構(gòu)、PL譜及透光率進(jìn)行了測試。結(jié)果表明:ZnO薄膜層與Al薄膜層在一定溫度條件下膜層間相互滲透的方法在ZnO薄膜中進(jìn)行Al摻雜并未使得ZnO的晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，Al原子在ZnO薄膜中發(fā)生的是替位摻雜，部分取代了Zn原子原有的位置;同時，該方法能夠有效的阻滯了Al2O3相的生成;600℃高溫退火可以更好的改善薄膜的結(jié)構(gòu)，此時薄膜的晶粒尺寸最大，為18.5nm;樣品在500℃退火后在可見光范圍內(nèi)平均透光率最高，達(dá)到了93％，尤其在520-