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《磁控濺射法制備zno透明導(dǎo)電薄膜組織與性能研究》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學術(shù)論文-天天文庫。
1、江蘇大學碩士學位論文摘要ZnO透明導(dǎo)電薄膜作為一種重要的新興光電子信息材料，不僅具有在可見光區(qū)高的透過率、在紅外區(qū)高的反射率以及較高的電導(dǎo)率等光電特征，而且具有成本低、資源豐富(約是In含量的1000倍)、無毒性、高的熱穩(wěn)定性和化學穩(wěn)定性等優(yōu)勢，有望成為ITO薄膜的替代產(chǎn)品，并在太陽能電池、液晶顯示器、電磁防護屏等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。本課題研究以純度為99．9％的ZnO納米粉體和99．99％的Ga203粉體為原料，采用了冷等靜壓法+高溫燒結(jié)，優(yōu)化工藝獲得質(zhì)量優(yōu)良的ZnO系靶材，研究射頻濺射法在硬質(zhì)襯底(普通玻璃)和柔性襯底(聚酰亞胺，簡稱PI)上
2、制各ZnO透明導(dǎo)電薄膜，利用XRD、EDS和AFM等現(xiàn)代分析手段研究了薄膜的化學成份、相組成和微觀形貌，研究了薄膜的光學和電學特性，并對薄膜的透光和導(dǎo)電機制進行了討論。實驗結(jié)果表明：以純度為99．9％的ZnO納米粉體和99．99％的Ga203粉體為原材料，采用冷壓成型和優(yōu)化的燒結(jié)工藝，成功制成了具有27．72％的收縮率的單一ZnO靶材和27．65％的收縮率的ZnOIGa203復(fù)合靶材，并滿足了實驗用射頻磁控濺射制備ZnO系薄膜靶材的高致密度要求。射頻磁控濺射法制各ZnO系薄膜的研究表明：采用純度為99．9％的自制ZnO系靶材為濺射靶，設(shè)計和優(yōu)化了射頻
3、磁控濺射制各ZnO系薄膜的工藝，并分別以普通玻璃和有機聚酰亞胺(PI)為襯底在高純的氬氣中成功制各了單一ZnO薄膜和ZnO／Oa203復(fù)合薄膜，研究了主要濺射參數(shù)對薄膜的微觀形貌(AFM圖)的影響規(guī)律。獲得的最佳的工藝條件為：濺射功率70W、濺射氬氣分壓0．1Pa，靶材一基體間距70mm，濺射時間60min，真空度為6×lO‘5Pa。利用x射線衍射儀fXRD)、電子探針(EPMA)、能譜分析(EDS)、原子力顯微鏡(AFM)等分析手段對所制得的薄膜成分、相組成及微觀形貌研究表明：實驗制各的ZnO系透明導(dǎo)電薄膜為多晶六角纖鋅礦結(jié)構(gòu)，具有(002)面的擇
4、優(yōu)生長取向，其中Ga原子以替位式出現(xiàn)在晶格中。濺射過程中無需對村底進行加熱，濺射后也無需對薄膜進行退火處理：ZnO系透明導(dǎo)電薄膜呈柱狀生長，結(jié)構(gòu)非常緊密，并且離開玻璃襯底越近，晶粒越小。ZnO系表面微觀形貌為細小島狀的連續(xù)膜。劃痕法測試薄膜—基體界面結(jié)合強度(附著力)結(jié)果表明：在玻璃襯底和聚酰亞胺襯底上制備的高質(zhì)量的薄膜都具有良好的附著性。其中，聚酰亞胺襯底上制備的薄膜經(jīng)過多次折疊，沒有發(fā)現(xiàn)龜裂和脫落現(xiàn)象。Zn0／Ga。魄薄膜的光學特性測試和分析表明：在玻璃襯底和聚酰亞胺襯底上沉江蘇大學碩士學位論文積ZnO／Ga。()3薄膜在可見光范圍內(nèi)的最高透光率
5、分別達到了94％平n8096。此外，由于柔性襯底本身帶隙較窄(2．82eV)，使得聚酰亞胺襯底薄膜的透光率曲線的吸收邊不同與玻璃襯底薄膜，而向長波方向移動。ZnO薄膜的透光機制在于：ZnO是一種寬禁帶直接帶隙半導(dǎo)體材料，價電子所處的能帶是滿的。它不能吸收光子而自由運動，麗可見光區(qū)的光子能量又不足以使價電子躍遷到導(dǎo)帶，并且Zn0中的缺陷和外部摻雜可顯著地改變它的禁帶寬度。所以提高ZnO薄膜的透光率要控制它的生長條件，使得晶粒尺寸合適，晶粒取向性好且結(jié)構(gòu)致密。ZnO／Ga。0薄膜的ZnO薄膜的電學特性測試和分析表明：玻璃襯底和聚酰亞胺襯底上制備的Zn0／
6、Ga。0。薄膜最小電阻率分別為2．25×10～l'1．cm和7．5l×10。n．cm，聚酰亞胺薄膜的電阻率要大一些，其原因可能是聚酰亞胺襯底表面惰性大，與ZnO薄膜的晶格匹配不如玻璃襯底好。單一ZnO膜的電阻率高達106n．cm，而摻Ga的Zn0／Ga：鷗(或Zn0：Ga)復(fù)合薄膜的電阻率將降低好幾個數(shù)量級，可以達到lO。n．cm。ZnO薄膜的導(dǎo)電機制在于：從結(jié)晶學角度來看，ZnO具有纖鋅礦結(jié)構(gòu)，在其八面體和四面體問隙中有較大的空隙，而ZnO中Zn原子比O原子的半徑小，因此很容易進入間隙位置形成Zni缺陷。所以ZnO薄膜中的n型導(dǎo)電主要是Zni缺陷的
7、貢獻。在摻雜時，Ga3+取代zn”的位置同時提供一個多余的電子作為載流子，這樣使得膜的載流子濃度隨著摻雜比的增大而增大，導(dǎo)致電阻率明顯減少。關(guān)鍵詞：ZnO，透明導(dǎo)電薄膜，磁控濺射，透過率，電阻率II江蘇大學碩士學位論文ABSTRACTZnOtransparentconductingoxide(TCO)filmisoneofimportantopto-electronicinformationmaterials，whichhasnotonlyhighopticaltransparenceinthevisibleregion，highopticalref
8、lectanceintheinfraredregionandhighelectricalconductivi
