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ZnO:Al透明导电薄膜与ZnO器件的制备及性质的研究

孙彦峰  
【摘要】: 本论文采用射频磁控溅射的方法,利用掺有2 wt % Al2O3(99.99 %)的ZnO(99.99 %)陶瓷靶,在玻璃基片上制备Al:ZnO(AZO)透明导电薄膜。在Ar背景气体中、不同生长温度条件下,电阻率随着生长温度的升高先降低,之后呈升高趋势。说明在100℃-300℃条件下可生长出低电阻率、高透射率的AZO薄膜。固定衬底温度与靶距,随着氩气氛的压强的增大(1 Pa~3 Pa),AZO薄膜的电阻率持续下降,晶粒尺寸不断变小,结晶度逐渐变小,结晶质量逐渐变差。进一步,我们在p-Si及n-GaAs衬底上成功制备的AZO薄膜发光器件,在黑暗的环境中可以明显的发现他们的发光现象,并得到了AZO/n-GaAS器件的EL谱。为了进一步降低薄膜的电阻率,采用在背景气氛氩中通氢的方法,利用射频磁控溅射法生长AZO薄膜。发现嵌入Zn-O键中的氢原子存在饱和阶段,在此阶段H2可以改善AZO薄膜的光学、电学等特性,在不影响透射率的前提下,可以进一步降低AZO薄膜的电阻率。 制作了ZnO粉体材料的气敏传感器,并测量了器对VOC气体的敏感特性。实验表明,在500℃,700℃,900℃烧结的粉体所制备的器件中,500℃的粉体对VOC气体最为敏感。这是因为500℃烧结的粉体的纳米颗粒小,比表面积大,氧吸附量则大,材料的气体灵敏度高。为了进一步改善器件的性质,我们掺入了2 %的TiO2,可以明显观察到器件对乙醇的灵敏度明显提高,并且最佳工作电流明显降低。这对于低功耗器件的开发是很有意义的。


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