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《哈尔滨工业大学》 2010年
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双金属掺杂ZnO薄膜的制备及光电性能

段相彬  
【摘要】:为了改善ZnO薄膜的光电性能,在传统的金属-非金属掺杂制备ZnO功能薄膜的基础上,尝试了双金属掺杂制备ZnO光电薄膜。采用溶胶-凝胶法制备了Al掺杂、La掺杂、Al-Na共掺以及La-Na共掺的ZnO薄膜,并对掺杂前后ZnO薄膜的导电性能、透光率及结构的变化进行了研究。 研究结果表明,Al、La、Al-Na、La-Na掺杂均能提高ZnO薄膜的导电性,其中Al单掺的效果最为显著。掺杂元素的掺杂量对ZnO薄膜的导电性有明显影响,一般随着掺杂元素添加量的增大呈现先降后升的“U”型变化规律。单掺时,Al离子掺杂浓度在1.2mol%时改性ZnO薄膜的电阻率最低,可达到0.112Ω·cm~(-1);而La离子掺杂浓度在0.35mol%时,改性ZnO薄膜的电阻率较低,为1.84Ω·cm~(-1)。Al-Na、La-Na共掺时改性ZnO薄膜的电阻率均比单掺时要明显升高。退火温度对薄膜的导电性也有重要影响,随着退火温度的升高,Al单掺、La单掺和La-Na共掺的改性ZnO薄膜的电阻率都呈现升高的趋势,而Al-Na共掺改性ZnO薄膜的电阻率则呈现降低的趋势。Al单掺和La单掺制备的ZnO薄膜都有较高的透光率,平均水平在83%以上,而Al-Na共掺和La-Na共掺薄膜透光率均出现了不同程度的降低。 SEM测试表明,随着掺杂元素离子浓度的升高,La单掺和La-Na共掺ZnO薄膜呈现出晶粒长大趋势,而且这种趋势在退火温度高于450℃时更加明显。XRD测试结果显示,在退火温度分别为450℃、500℃、550℃下,单掺和共掺的ZnO薄膜在(002)晶面上均能呈现出择优生长,其峰位置相对于纯ZnO有微弱偏移,在(100)和(101)晶面表现出峰强和峰位置的变化,说明掺杂元素进入晶格。 通过Materials Studios计算软件对掺杂ZnO体系进行了理论计算,计算结果显示掺杂使晶胞发生畸变,变化的程度由掺杂元素离子半径所决定;通过对掺杂元素单取代Zn位以及共掺杂元素均取代Zn位的态密度和能带宽度的计算,可以解释Al-Na共掺改性ZnO薄膜的电阻率比Al单掺ZnO薄膜的电阻率高的现象。
【学位授予单位】:哈尔滨工业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:O484.41

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