射頻磁控濺射法制備摻鈦氧化鋅透明導(dǎo)電薄膜及其性能研究.pdf

1、作為一種直接帶隙的半導(dǎo)體材料,氧化鋅(ZnO)不僅具有高透過(guò)率、低電阻率和較寬的光學(xué)帶隙(3.3eV),而且還具有優(yōu)越的壓電性能和熱電性能,深受科技界的普遍重視,是目前應(yīng)用廣泛的一種新型半導(dǎo)體材料。摻雜氧化鋅,特別是摻鋁氧化鋅(AZO)薄膜以其原料便宜、無(wú)毒等優(yōu)勢(shì)已經(jīng)成為可以替代ITO透明導(dǎo)電薄膜的重要材料之一。在摻雜氧化鋅材料中,由于摻鈦氧化鋅(TZO)的研究報(bào)道相對(duì)較少,因此,選用TZO透明導(dǎo)電薄膜的制備工藝及其性能作為本論文的研究

2、主題。
　　本文采用射頻磁控濺射技術(shù),在1.1mm厚的白玻璃襯底上制備了TZO透明導(dǎo)電薄膜。通過(guò)X射線衍射儀、接觸角測(cè)量?jī)x、數(shù)字式四探針測(cè)試儀、雙光束紫外/可見(jiàn)分光光度計(jì)等測(cè)試表征,研究了鈦摻雜濃度和制備工藝條件對(duì)TZO薄膜微觀結(jié)構(gòu)、濕潤(rùn)性質(zhì)和光電特性的影響,主要結(jié)論如下:
　　1、不同摻雜濃度時(shí)所制備的TZO薄膜均具有(002)擇優(yōu)取向特性,Ti原子有效地替代了Zn原子位置。鈦摻雜對(duì)TZO薄膜的光學(xué)透過(guò)率影響較小,但能夠有

3、效提高薄膜的導(dǎo)電能力,改善其表面的親水特性,并且TZO薄膜性能與摻雜濃度密切相關(guān),實(shí)驗(yàn)獲得的最佳摻雜濃度為3wt.％。與未摻雜的ZnO薄膜相比,采用3wt.%陶瓷靶所制備的TZO薄膜,其導(dǎo)電性能顯著提高,電阻率從1.049?·cm下降為4.706×10-3?·cm,所對(duì)應(yīng)TZO的晶粒尺寸為53.1nm,可見(jiàn)光波段平均透過(guò)率為86.48%,光學(xué)帶隙為3.4eV,品質(zhì)因數(shù)為4.534×10-3?-1,具有較好的光電綜合性能。
　　2、

4、不同襯底溫度制備TZO薄膜時(shí),其(002)峰位和衍射峰強(qiáng)度只有微小變化,襯底溫度對(duì)TZO薄膜的微觀結(jié)構(gòu)影響較小,但升高襯底溫度能夠增加TZO薄膜的可見(jiàn)光波段透過(guò)率,并對(duì)其電學(xué)性能產(chǎn)生的影響較大。另外,研究還表明TZO薄膜適合于較低襯底溫度下生長(zhǎng)。當(dāng)襯底溫度為150?C時(shí),其可見(jiàn)光平均透過(guò)率為84.65%,光學(xué)帶隙為3.5eV,電阻率為1.453×10-3?·cm,品質(zhì)因數(shù)可達(dá)1.389×10-2?-1,光電綜合性能優(yōu)良。
　　3、

5、濺射壓強(qiáng)對(duì)TZO薄膜的微觀結(jié)構(gòu)具有較大的影響,壓強(qiáng)過(guò)大或過(guò)小時(shí)都將導(dǎo)致薄膜結(jié)晶度變差、親水特性劣化、光學(xué)透過(guò)率下降、電阻率增大。綜合考慮濺射壓強(qiáng)對(duì)TZO薄膜性質(zhì)的影響,當(dāng)濺射壓強(qiáng)為0.6Pa時(shí),TZO薄膜具有最好的綜合光電性能,其可見(jiàn)光波段平均透過(guò)率為84.65%,光學(xué)帶隙為3.5eV,電阻率為1.453×10-3?·cm,品質(zhì)因數(shù)為1.389×10-2?-1。
　　通過(guò)研究摻雜濃度和工藝條件對(duì)TZO薄膜性能的影響,制備TZO透明