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《兰州大学》 2010年
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磁控溅射制备ZnO透明导电薄膜的研究

蒋志昂  
【摘要】: 氧化锌是一种Ⅱ-Ⅵ族半导体材料,在室温条件下拥有3.3 eV的宽禁带和较高的激子束缚能(60meV),还拥有较高的稳定性。鉴于其出众的光学和电学性质,氯化锌和掺杂氧化锌材料也被广泛应用在紫外探测器、发光器件、太阳能电池、压电传感器、薄膜光波导和透明导电薄膜等多个领域。特别是ZnO基透明导电薄膜的研究,近期更是引起了广泛关注。 本文的主要研究内容则是: 1、论述了透明导电薄膜的研究进展和发展前景,对ZnO基透明导电薄膜的制备方法做了相应的介绍,并着重介绍了射频磁控溅射技术和一系列研究手段及分析方法。此外,还介绍了相关实验设备,并对其进行一定的改进(基底加温),为提升ZnO透明导电薄膜的相关性能提供了保障。 2、利用射频磁控溅射法制备Dy掺杂ZnO薄膜,对掺杂量之于ZnO薄膜的影响做了相关的研究。Dy元素的掺入,对样品的结构和形貌有较大的影响。Dy元素掺杂前后,薄膜样品在可见光区的透过率均在85%以上,光学折射率表现出一定变化,ZnO薄膜的光学带隙也随着Dy的掺入而变宽。 3、利用射频磁控溅射法制备Zr掺杂ZnO薄膜。样品在可见光区的透过率均在90%左右,光学性能已经能满足工业应用需求。掺杂前后,薄膜光学折射率有较大的变化。而Zr的掺入也使得ZnO薄膜带隙展宽,由未掺杂时的3.25 eV增大至最高Zr掺杂时的3.53 eV。在室温下制备的Zr掺杂ZnO薄膜仍具有较高的电阻率,带隙展宽说明薄膜内部有较多的载流子,可能是晶格缺陷和载流子局域化使得样品不能表现出较高的导电性能。对所制备薄膜样品进行了退火处理,这对薄膜表面形貌有较大的影响。经由热处理后,未掺杂ZnO薄膜的光学透过率明显下降,Zr掺杂的样品透过率却仍在90%左右,说明Zr元素的掺入增强了ZnO薄膜的热稳定性。在对样品进行热处理之后,Zr掺杂样品也表现出一定的导电性(8.5×10-1Ω·cm)。 4、实验当中,对基底进行加温,调节溅射过程中关键工艺参数——氧分压,并对所制备Zr掺杂ZnO薄膜进行结构与形貌的表征与研究。研究表明,对基底进行300℃加温,并在氧分压达到0.2Pa时,Zr掺杂的ZnO薄膜样品呈现更高的择优取向,薄膜晶粒尺寸最大,结晶化程度也要更高。基底加温处理之后,Zr掺杂ZnO薄膜样品的透过率同样在80%以上,薄膜光学带隙则随着氧分压的升高而不断变化;基底加温使得Zr掺杂ZnO薄膜样品呈现出一定的导电性,氧分压的变化也导致薄膜样品具有不同的电阻率,当氧分压升至0.2Pa时,所制备薄膜样品的电阻率降低至3.5×10-1Ω·cm。
【学位授予单位】:兰州大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:O484.1

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【引证文献】
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【参考文献】
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