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氧化锌薄膜的制备及压敏性质研究

圣桂金  
【摘要】: 氧化锌具有六角纤锌矿的晶体结构,是一种直接带隙的宽禁带半导体材料,室温下的带隙宽度为3.3eV,激子束缚能高达60meV。ZnO薄膜具有良好的透明导电性、压电性、光电性、气敏性、压敏性等性质,且易于与多种半导体材料实现集成化。因此,在平面显示器、太阳能电池透明电极、压敏元件、气敏元件等光电子器件领域有着广阔的应用前景。由于这些优异的性质,使其具有广泛的用途和许多潜在用途。近年来受到越来越多研究者的注意,成为半导体领域里的一个研究热点。 本论文利用溶胶—凝胶法制备透明氧化锌薄膜。通过二水醋酸锌醇解获得不同浓度的溶胶,经过不同速度提拉镀膜,在不同热处理条件下制备不同厚度的薄膜,利用扫描电子显微镜和X射线衍射测试,结果表明薄膜表面平整、具有明显择优取向生长,并讨论不同浓度、提拉速度、预处理温度、热处理温度等对薄膜厚度的影响。 通过在溶胶中加入铝盐对其进行掺杂,制备掺杂的薄膜,并对铝掺杂氧化锌薄膜进行电学特性方面的研究。研究发现掺杂铝的氧化锌薄膜,电阻率明显降低,纯氧化锌薄膜几乎不导电,掺铝后使薄膜中载流子浓度提高,薄膜的导电性能大幅度提高。本文讨论不同的掺铝量、薄膜厚度以及退火温度对电阻率的影响,并对薄膜进行扫描电子显微镜和X射线衍射测试,结果表明ZAO薄膜保持着ZnO六角纤锌矿结构,表明Al原子对Zn原子的有效替位。扫描电子显微镜观察到样品表面相对平整、致密,但仍可以看出其表面有不规则的呈较黑的凹陷部分和凸起部分呈白色的衬度,这是因为Al~(3+)与Zn~(2+)的离子半径不同,Al~(3+)代替Zn~(2+)产生的微细孔而形成的多孔结构。 利用磁控溅射法在基片上制备底电极,然后用溶胶凝胶法在电极上制备掺铝的氧化锌薄膜,并对其进行压敏测试,研究发现:压敏电压为7.3V,非线性系数为7.9,漏电流为21.3μA。


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