ZnO薄膜和Al掺杂ZnO（ZAO）薄膜的射频磁控溅射制备及其性能研究

摘要

ZnO是一种Ⅱ-Ⅵ族的宽带隙直接带结构的多功能材料，为六角纤锌矿结构。ZnO薄膜由于具有优异的压电、光电、气敏、压敏等特性，近年来受到广泛关注。Al掺杂的ZnO(ZAO)透明导电膜作为一种重要的光电子信息材料也得到了广泛的研究，ZAO薄膜具有与目前已得到广泛应用的ITO薄膜可比拟的光学、电学性质，而且在高温条件下，它的成分不易与氢发生互扩散，因此在活性氢和氢等离子体环境中化学稳定性高，不易使太阳能电池材料活性降低，是最有开发潜力的透明导电薄膜，可望成为ITO薄膜最佳的替代者，推动廉价太阳能电池的发展。 本文利用射频磁控溅射技术完成了ZnO薄膜和Al掺杂ZnO(ZAO)薄膜的制备，并对所制备的薄膜进行了退火处理。利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)、荧光光谱仪、光谱仪、四探针测试仪等对制备的ZnO薄膜进行了表征和性能研究。 研究表明，制备工艺尤其是衬底温度和退火处理能显著影响薄膜的晶体、光学和电学性能。就ZnO薄膜而言，衬底温度为300℃时，薄膜的择优取向最强，空气中500℃退火能使薄膜的结晶性能最好，而无论是原位沉积薄膜还是退火后的薄膜的可见光区平均透光率均超过85％；对Si(111)衬底上沉积的ZnO薄膜进行退火处理，薄膜的结晶质量得到提高，与深能级发射有关的缺陷浓度有所减少。对于ZAO薄膜，原位沉积的薄膜电阻率可达2.59Ωcm，可见光区透过率约为70％。薄膜的低电阻率是通过Al掺杂和薄膜中的化学计量比偏移获得，但是Al掺杂在降低薄膜电阻率的同时会引起杂质散射，因此ZAO薄膜的可见光区透过率较ZnO薄膜会有所下降，光学带隙由于Burstein-Moss效应会有所增大。500℃纯Ar气氛中退火1h后，ZAO薄膜的透光性能和导电性能均有所改善，ZAO薄膜可见光区平均透过率从70％提高到80％左右，薄膜的电阻率从2.59Ωcm降低到0.13Ωcm。

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文摘

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致谢

第一章概述

第二章试样的制备及性能测试方法

第三章ZnO薄膜的制备及后处理影响

第四章Al掺杂ZnO(ZAO)薄膜的制备及后处理影响

第五章全文结论

参考文献

攻读硕士期间发表论文