磁控溅射Ti掺杂及Ti_Al共掺ZnO薄膜结构及性能的研究

摘要

ZnO作为一种新型的半导体材料，兼具有光、电、铁电、压电等特性，近几十年，成为备受关注的新型功能材料。本文采用射频磁控溅射技术在硅和玻璃基底上分别沉积了Ti掺杂ZnO(TZO)薄膜和Ti_Al共掺杂ZnO(TAZO)薄膜。分别利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、UV-3600紫外-可见分光光度计(UV/VIS)光学测试系统、HMS-2000霍尔效应测试系统等多种表征手段，研究了不同Ti掺杂量、溅射功率和氧分压对TZO薄膜微观结构和光电性能的影响，以及不同Al掺杂量、氧分压对TAZO薄膜微观结构和光电性能的影响。研究结果如下:
　　XRD检测发现Ti和Ti_Al掺杂ZnO薄膜均为六角纤锌矿结构，具有良好的c轴择优取向。当Ti掺杂为3at％时，TZO薄膜的(002)衍射峰具有最小的半高宽，这是因为Ti掺杂在一定程度上刺激了TZO薄膜晶粒的生长，使得薄膜结晶质量提高，此时为2.08×10-3Ω·cm，此时载流子浓度为1.37×1019·cm-3;当Ti掺杂量过高时，过量的Ti存在于TZO薄膜晶格中，导致晶格间界形成缺陷结晶质量下降。溅射功率和氧分压对薄膜样品的沉积速率有非常显著的影响，当溅射功率为100W时，沉积速率最大，此时的薄膜表面形貌最为平整、致密。所有样品在可见光区内的平均透过率均在80％以上。最后结果表明在同样改变氧分压的实验条件下TZO薄膜比TAZO薄膜成膜速率更快、更容易成膜，并且薄膜的结晶质量要优于TAZO薄膜。TAZO薄膜的导电能力要优于TZO薄膜。

目录

声明

摘要

绪论

第一章 ZnO材料概况

1．1 ZnO的基本结构

1．2 ZnO的半导体机理

1．3 ZnO的性能及应用

1．3．1 ZnO的光学特性

1．3．2 ZnO的电学特性

1．3．3 ZnO的磁学性质

1．4 ZnO的研究的应用

1．4．1 ZnO在透明电极及光电显示器的应用

1．4．2 在气敏元件的应用

1．4．3 在压电器件中的应用

1．4．4 紫外探测器应用

1．5 选题背景、目的和研究方案

第二章 制备技术和表征方法

2．1 ZnO薄膜制备方法

2．1．1 磁控溅射法

2．1．2 真空蒸发镀膜法

2．1．3 化学气相沉积法

2．1．4 溶胶凝胶法

2．1．5 分子束外延

2．2 实验室薄膜制备和表征

2．2．1 实验室薄膜样品的制备方法

2．2．2 薄膜样品结构和性能的表征

第三章 制备工艺参数对TZO薄膜微观结构和光电性能的影晌

3．1 掺杂浓度对TZO薄膜结构和性能的影响

3．1．1 不同Ti掺杂浓度的TZO薄膜微观结构

3．1．2 不同币掺杂浓度TZO薄膜的电学性能

3．2 溅射功率对TZO薄膜结构和性能的影响

3．2．1 不同溅射功率TZO薄膜的沉积速率

3．2．2 不同溅射功率TZO薄膜的微观结构

3．2．3 不同功率TZO薄膜的SEM图像

3．2．4 不同溅射功率TZO薄膜的光学性能

3．2．5 不同溅射功率TZO薄膜的电学性能

3．3 氧分压对TZO薄膜结构和性能的影响

3．3．1 不同氧分压TZO薄膜的沉积速率

3．3．2 不同氧分压TZO薄膜的微观结构

3．3．3 不同氧分压TZO薄膜的光学特性

3．3．4 不同氧分压TZO薄膜的电学性能

3．4 本章小结

第四章 制备工艺参数对TAZO薄膜结构和光电性能的影响

4．1 Al掺杂浓度对TAZO薄膜结构和性能的影响

4．1．1 不同Al掺杂浓度TAZO的SEM图像

4．1．2 不同Al掺杂浓度TAZO的薄膜微观结构

4．1．3 不同Al掺杂浓度TAZO薄膜的光学性能

4．1．4 不同Al掺杂浓度TAZO薄膜的电学性能

4．2 氧分压对TAZO薄膜结构和性能的影响

4．2．1 不同氧分压TAZO薄膜的沉积速率

4．2．2 不同氧分压TAZO薄膜的微观结构

4．2．3 不同氧分压TAZO薄膜的SEM图像

4．2．4 不同氧分压TAZO薄膜的光学性能

4．2．5 不同氧分压TAZO薄膜的电学性能

§4．3 本章小结

总结和展望

硕士期间发表的论文

致谢

参考文献