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ZnO掺铝透明导电薄膜的制备及其光电性能研究

刘宇  
【摘要】:ZnO薄膜是一种新型的Ⅱ-Ⅵ族直接宽带隙氧化物半导体材料。室温下禁带宽度为3.3eV。激子束缚能为60meV。具备了室温下发射紫外光的必要条件,在紫外探测器、LED、LD等领域有着巨大的发展潜力;ZnO薄膜以其优良的压电性能、透明导电等性能在太阳能电池、压电器件、声表面波器件、气敏元件等诸多领域得到广泛应用。 本实验采用溶胶-凝胶(Sol-Gel)工艺在普通玻璃基片上制备Al~(3+)掺杂型ZnO薄膜。所用的溶胶是以乙二醇甲醚为溶剂,醋酸锌为氧化锌前驱体,乙醇胺为稳定剂,硝酸铝为掺杂反应制得。用浸渍提拉法在基体上镀膜,经干燥、预烧、退火,最后制备出均匀、透明的多晶ZnO掺杂薄膜。 利用XRD、SEM以及分光光度计等分析手段对薄膜进行了研究,结果显示:所制备的薄膜为六方纤锌矿型晶体结构,具有高c轴择优取向性;表面均匀、致密,薄膜材料由许多星状晶粒组成,晶粒尺寸大约为70~100nm左右,10层膜厚度约为1μm;薄膜可见光透过率平均可达80%以上,在紫外光区有较高的吸收性;对薄膜电学性能进行了测定后发现,Al~(3+)离子掺杂型氧化锌薄膜的电阻率在5×10~(-2)Ω·cm数量级,分别研究了掺杂浓度、预烧温度、退火温度等工艺参数对薄膜电阻的影响。 通过DTA分析探讨了溶胶-凝胶法制备ZnO薄膜的化学反应机理,并在此基础上尝试性的讨论了ZAO薄膜的导电机理,包括载流子及其散射机制的种类、迁移率、能带结构、晶界和缺陷的影响等,为制备出高电阻率,透光性好,高品质的透明导电膜提供依据。


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