共摻雜ZnO基透明導(dǎo)電薄膜的研究.pdf

1、隨著科技的不斷深入，尤其是太陽能利用和顯示技術(shù)等熱點領(lǐng)域的發(fā)展及需求，氧化物透明導(dǎo)電薄膜(Transparentconductingoxide，TCO)在新型薄膜材料中的地位及作用日益凸顯。這類材料化學(xué)穩(wěn)定性好，且具有較高的透光率和較低的電阻率，可應(yīng)用在薄膜太陽能電池、液晶顯示器、氣體傳感器等眾多領(lǐng)域。ZnO基透明導(dǎo)電薄膜因成本低、原料無毒、制備工藝簡單、沉積溫度低、在氫等離子體環(huán)境下穩(wěn)定性好等優(yōu)點，被視為ITO(In2O3∶Sn)薄膜

2、最合適的替代者之一。針對目前單摻雜ZnO基透明導(dǎo)電薄膜載流子遷移率低，導(dǎo)電性不理想，且摻雜濃度過高時，金屬離子易發(fā)生團簇、生成雜質(zhì)金屬氧化物等問題，為進一步改善薄膜的光電性能，本文采用多元素共摻的方法制備新型ZnO基透明導(dǎo)電薄膜，并對制得的共摻雜ZnO基透明導(dǎo)電薄膜進行成分的分析和結(jié)構(gòu)的表征，測試薄膜的透光率和電阻率，揭示共摻雜對薄膜光電性能的影響規(guī)律，優(yōu)化薄膜制備工藝，尋找最佳工藝參數(shù)。
　　 多元素共摻雜法是選擇具有相近原子

3、半徑的金屬與非金屬元素一起摻入ZnO中，使其成為替位原子，占據(jù)Zn2+或O2-的晶格，產(chǎn)生多余價電子，使導(dǎo)電電子增多，從而增強晶體導(dǎo)電性。同時借助幾種元素的相互作用，避免遷移率的降低以及雜質(zhì)的生成。
　　 采用溶膠-凝膠法(sol-gel)在普通載玻片上旋涂制備出A1、Ga共摻雜ZnO透明導(dǎo)電薄膜(GAZO)。首先利用正交試驗，對GAZO薄膜的工藝進行優(yōu)化，研究溶膠濃度、摻雜配比、熱處理溫度、薄膜厚度等影響因素對薄膜光電性能的影

4、響。分別以薄膜的透光率和方塊電阻為評價指標(biāo)，確定GAZO薄膜的最佳工藝參數(shù)為:溶膠濃度1mol/L，Al摻雜濃度2.0at.％，Al/Ga摻雜配比2∶1，預(yù)燒溫度350℃，退火溫度600℃，膜厚10層。通過X射線衍射儀(XRO)、掃描電子顯微鏡(SEM)和原子力顯微鏡(AFM)對薄膜樣品的組織結(jié)構(gòu)和表面形貌進行分析;采用可見分光光度計和雙電測四探針電阻率測試儀對薄膜的光電性能進行測試。XRD測試表明Al和Ga的摻入并未影響ZnO的晶體結(jié)

5、構(gòu)，也沒有生成其它雜質(zhì)氧化物。最佳工藝條件下薄膜在可見光范圍內(nèi)的透過率為88.458％，電阻率為2.66×10-3Ω·cm。
　　 分別制備AZO、GZO、ZnO薄膜，與GAZO對比研究各薄膜的組織結(jié)構(gòu)、表面形貌及光電性能。結(jié)果表明，Al、Ga單摻雜及Al、Ga共摻雜均能有效提高ZnO薄膜的導(dǎo)電性，其中單摻Al的效果最顯著。制備出的薄膜均表現(xiàn)為高結(jié)晶質(zhì)量的C軸(002)擇優(yōu)取向;共摻雜可以細(xì)化晶粒，降低薄膜的電阻率，在一定范圍內(nèi)

6、提高薄膜的透光率。
　　 采用溶膠-凝膠法(sol-gel)在普通載玻片上旋涂制備出Al、N、F三摻雜ZnO透明導(dǎo)電薄膜(ZnO∶Al/N/F)。分別研究溶膠濃度和摻雜濃度對薄膜結(jié)構(gòu)、表面形貌以及光電性能的影響，結(jié)果表明:制備出的ZnO∶Al/N/F薄膜致密均勻，平整光滑，為高結(jié)晶質(zhì)量的C軸(002)擇優(yōu)取向;當(dāng)溶膠濃度為0.75mol/L、摻雜濃度為0.90at.％時，薄膜在可見光范圍內(nèi)(390～780nm)的平均透過率可達8