釔摻雜氧化鋅薄膜和器件的性質(zhì)研究.pdf

1、氧化鋅(ZnO，Zinc oxide)是一種新型的Ⅱ-Ⅵ族寬帶隙半導(dǎo)體材料，禁帶寬度為3.37eV，室溫下的激子束縛能為60meV。以ZnO為基底摻入稀土金屬釔(Y,yttrium)可以使薄膜材料帶隙展寬，光透過率提高，電阻率降低，紫外輻射增強(qiáng)。國內(nèi)外有關(guān)YZO的研究起步較早但進(jìn)展緩慢，目前還處于實驗室研究階段，尚未見有關(guān)其在商業(yè)應(yīng)用中的報道，這說明Y摻雜ZnO薄膜的結(jié)構(gòu)和光電特性還不能滿足實際應(yīng)用的需要。因此，尋找薄膜的最佳制備條件，

2、進(jìn)一步優(yōu)化薄膜特性，對其在太陽能電池、薄膜晶體管等光電器件領(lǐng)域的應(yīng)用具有重大意義。
　　針對ZnO的Y摻雜，本論文共研究了兩種材料，即:Y摻雜ZnO(YZO)和釔銦(In, Indium)共摻雜ZnO(YIZO)。
　　1.YZO透明導(dǎo)電薄膜本論文采用射頻磁控濺射法，室溫下在鈉鈣玻璃襯底上制備了YZO透明導(dǎo)電薄膜。通過改變?yōu)R射時間，濺射功率，濺射氣壓等制備條件，研究了不同生長條件對薄膜結(jié)構(gòu)、形貌、光學(xué)和電學(xué)特性的影響。主要研

3、究內(nèi)容及結(jié)論如下:
　　(1)研究了薄膜厚度（濺射時間）對YZO薄膜結(jié)構(gòu)、形貌和光電特性的影響。薄膜厚度分別為0.98μm、1.70μm、2.04μm和2.52μm,分別對應(yīng)濺射時間30min、40min、50min和60min。通過對薄膜進(jìn)行XRD、AFM、紫外-可見光分光光度及霍爾效應(yīng)的測試和數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)所有薄膜均為六角纖鋅礦型結(jié)構(gòu)。隨著薄膜厚度的增加晶粒尺寸逐漸增大;薄膜在可見光區(qū)的平均透過率均超過80％;光學(xué)帶隙由3.2

4、70eV逐漸減小至3.225eV;薄膜電阻率先減小后增大。薄膜厚度為1.70μm時電阻率最低，其值為8.13×10-3Ω·cm。
　　(2)研究了濺射功率對YZO薄膜結(jié)構(gòu)、形貌和光電特性的影響。濺射功率分別80W,100W,120W和140W。通過對薄膜進(jìn)行XRD、AFM、紫外-可見光分光光度及霍爾效應(yīng)的測試和數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)所有薄膜均為六角纖鋅礦型結(jié)構(gòu)。隨著濺射功率的增加，晶粒尺寸先增大后減小;可見光區(qū)平均透過率超過80％，帶隙逐

5、漸增大，分別為3.24eV,3.26eV,3.27eV和3.28eV，帶隙的變化可以用Burstein-Moss效應(yīng)來解釋;電阻率先減小后增大，濺射功率為100W時薄膜電阻率最低，其值為9.01×10-4Ω·cm。
　　(3)研究了濺射氣壓對YZO薄膜結(jié)構(gòu)和光電特性的影響。濺射氣壓分別1.0Pa,1.4Pa和1.8Pa。通過對薄膜進(jìn)行XRD、AFM、紫外-可見光分光光度及霍爾效應(yīng)的測試和數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)所有薄膜均為六角纖鋅礦型結(jié)構(gòu)。

6、隨著濺射氣壓的增加，衍射峰半高寬增大，相應(yīng)的晶粒尺寸減小，薄膜結(jié)晶質(zhì)量變差;帶隙略有增大，可以用Burstein-Moss效應(yīng)來解釋;電阻率顯著增加，1.0Pa時獲得最低電阻率1.503×10-3Ω·cm，帶隙為3.26eV。
　　2.YIZO透明導(dǎo)電薄膜和TFT
　　(1)采用磁控濺射法制備了YIZO透明導(dǎo)電薄膜，重點分析比較了不同厚度YIZO薄膜的結(jié)構(gòu)、形貌和光電特性的差異。研究發(fā)現(xiàn)，室溫下制備的所有YIZO薄膜均為非晶

7、結(jié)構(gòu)，可見光區(qū)的平均透過率均超過83％。薄膜厚度對帶隙影響不大，所有薄膜帶隙均為4.18eV。
　　(2)在薄膜研究的基礎(chǔ)上，以重?fù)诫s的P型硅為柵電極，以YIZO薄膜為有源層，以金屬鋁為源漏電極，制備了底柵頂接觸結(jié)構(gòu)的YIZO薄膜晶體管(YIZOTFT)，并研究了不同有源層厚度對器件的輸出和轉(zhuǎn)移特性的影響。
　　(3)所有YIZO TFT均為n溝道耗盡型器件，所有樣品都表現(xiàn)出了良好的夾斷特性。隨著YIZO層厚度的增加，器件的