sol—gel法制備al摻雜zno薄膜的微結(jié)構(gòu)及電學(xué)特性

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1、Sol—Gel法制備Al摻雜ZnO薄膜的微結(jié)構(gòu)及電學(xué)特性第27卷第4期湖北師范學(xué)院(自然科學(xué)版)JournalofHubeiNormalUniversity(NaturalScience)VoL27No.4,2007Sol—Gel法制備A1摻雜ZnO薄膜的微結(jié)構(gòu)及電學(xué)特性王秀章',劉紅日,晏伯武2,程娜娜,武婷婷(1.湖北師范學(xué)院物理系,湖北黃石435002;2.黃石理工學(xué)院,湖北黃石435002)摘要:采用溶膠一凝膠法在sj(100)襯底上制備了不同濃度摻雜的ZnO(AZO)薄膜.XRD研究表明摻

2、雜對薄膜的結(jié)晶產(chǎn)生明顯的影響.用四探針法測量其電阻特性,表明在1mol%AI摻雜,600~C下退火,其電阻率最低.關(guān)鍵詞:溶膠一凝膠法;ZnO;AI¨摻雜;導(dǎo)電薄膜中圖分類號:TQ174.758文獻標識碼:A文章編號:11309-2714(2007)04—13001—04作為良好的半導(dǎo)體材料,透明導(dǎo)電膜(TCO)在光電池,壓電轉(zhuǎn)換和液晶顯示等諸多方面具有廣泛的應(yīng)用.In0,:Sn(Sn—dopedIn0,,ITO)薄膜是7O年代發(fā)展起來的一種透明導(dǎo)電電極材料,由于具有較高的可見光透過率和較高的導(dǎo)電性

3、,因此,在各種平板顯示器件中得到廣泛的應(yīng)用,但它存在下列缺點…:1)主要是在較高的襯底溫度(>300oC)下制備或經(jīng)較高的退火溫度后續(xù)處理;2)ITO中的銦有劇毒,在制備和應(yīng)用過程中對人體有害,并且In0,價格昂貴,成本較高;3)該薄膜易受到氫等離子體的還原作用,功效降低.因此,人們開始尋找新的透明導(dǎo)電薄膜來代替ITO膜.摻鋁氧化鋅薄膜,由于具有較高的可見光透過率和較高的導(dǎo)電性,并具有在紫外截止,紅外高反射,對微波有強的衰減性等特性,并且制備摻Al氧化鋅薄膜的主要原料是ZnO,而ZnO原料充足

4、,成本低廉,無毒,在氫等離子體中具有穩(wěn)定性,而且它也是一種寬能隙的n型半導(dǎo)體材料,其禁帶寬度=3.44eV.該材料的導(dǎo)電性主要不是依賴本征激發(fā),而是靠雜質(zhì)能級的電子或空穴激發(fā).但是,由于本征ZnO半導(dǎo)體雜質(zhì)能級的形成和它的化學(xué)計量比偏移程度在技術(shù)上很難做到J.因此,使用摻雜的方法來提高ZnO薄膜中的載流子的濃度,其中鋁摻雜氧化鋅薄膜是ZnO摻雜體系中最具代表性的,逐漸成為ITO薄膜的最佳替代者,是值得深入研究的新一代透《!j導(dǎo)電薄膜.目前它已被廣泛地應(yīng)用于各種光電器件中".制備鋁摻雜氧化鋅(ZAO)

5、薄膜的方法有直流(射頻)磁控濺射J,真空反應(yīng)蒸發(fā),溶膠一凝膠法】,脈沖激光沉積】,超聲霧化氣相沉積法等,但溶膠一凝膠法具有制備工藝簡單,各種化學(xué)成份配比容易控制,而且容易實現(xiàn)大面積涂膜,本實驗采用溶膠—凝膠方法在si(100)基片上制備了鋁摻雜氧化鋅薄膜,研究不同濃度的Al摻雜量對薄膜電性能的影響.1實驗2.1溶液的合成采用分析純的二水合乙酸鋅[zn(CH,COO)2?2H0]作為前驅(qū)體,乙二醇甲醚[2一me—thoxyethano1]作為溶劑,乙醇胺(MEA)作為穩(wěn)定劑;將一定量的二水合乙酸鋅溶解

6、于乙二醇甲醚中,收稿日期:2O0r7—06—2O基金項目:湖北省教育廳青年項目基金(Q20O7220O2)和黃石市科技攻關(guān)計劃項目基金(黃科技發(fā)成~20o6]18號)資助作者簡介:王秀章(1963一),男,湖北羅田人,副教授,碩士,主要研究方向為功能薄膜.再加人與二水合乙酸鋅等摩爾的單乙醇胺,在適當?shù)臈l件下,經(jīng)充分攪拌后,形成透明均質(zhì)的溶液.為了制備Al¨離子摻雜型ZnO薄膜,將九水合硝酸鋁[Al(NO,)3?9H:0]加人到以上所配置的溶液中,充分攪拌后,形成透明均質(zhì)溶液.為了研究Al摻雜對ZnO

7、薄膜的導(dǎo)電性能的影響,我們按照Al和zn的摩爾比分別為0.5%,0.8%,1%,1.5%,2%,3%,5%的比例,配制了Al摻雜的ZnO前驅(qū)體溶液.2.2薄膜的制備利用Si(100)作為薄膜的基體材料,采用旋涂法制備薄膜,旋轉(zhuǎn)速度為3000r/rain;勻膠時間為15s;勻膠過程結(jié)束后,將薄膜立即放電熱盤上,在3000C環(huán)境熱處理3min,采用逐層退火的方式,在600%的溫度下退火,按照此法反復(fù)涂膜,最后得到所要求厚度,這樣就可以制備出品質(zhì)較佳的純ZnO和Al¨離子摻雜型ZnO薄膜.為了研究退火溫度

8、對薄膜的導(dǎo)電性的影響,我們分別在500%,550%,600%,650%下退火,制備另一組Al¨離子摻雜型ZnO薄膜.作為對照,我們在600%的溫度下,采用一次性退火的方法,制備了Al¨離子摻雜型ZnO薄膜.2.3薄膜的分析與測試采用德國布魯克公司的x射線衍射儀(D8AdvanceDiffractometer)對薄膜中晶體結(jié)構(gòu);利用四探針法測量其電阻特性.3結(jié)果與討論3.1A1摻雜ZnO薄膜的XRD特性及分析由圖1可看出,所有樣品都有一個對應(yīng)ZnO(002)晶面族的的衍