基于ZnO的紫外透明導(dǎo)電薄膜的制備及其結(jié)構(gòu)、性能研究.pdf

1、近年來,隨著短波長光電器件的逐漸廣泛應(yīng)用,直接寬禁帶半導(dǎo)體材料的研究越來越受到人們的重視。Zn0基薄膜在光電器件、高溫電子器件、透明電子器件等方面具有重要的應(yīng)用,被認(rèn)為是繼Ⅱ、O薄膜之后最有發(fā)展?jié)摿Φ耐该鲗?dǎo)電薄膜材料。
　　本文采用常壓固相燒結(jié)工藝制備了高致密度的M9x2n1_。O:Al(ZMO:Al)陶瓷靶材。研究了燒結(jié)工藝和Mg摻雜量對陶瓷靶材微觀結(jié)構(gòu)和性能的影響。結(jié)果表明:燒結(jié)工藝通過加入℃保溫點(diǎn)后在℃燒結(jié),明顯改善了靶材的

2、綜合性能,提高了靶材的成品率;隨著Mg摻雜量的增加,靶材由纖鋅礦結(jié)構(gòu)(z<0.3)逐漸過渡到立方結(jié)
　　在常溫和純氬氣氣氛中,采用射頻磁控濺射法在石英玻璃襯底上制備了ZMO:Al紫外光透明導(dǎo)電薄膜,探索了薄膜的最佳制備條件和工藝參數(shù),并系統(tǒng)地也研究了Mg摻雜量、濺射功率、氬氣壓強(qiáng)、生長時間和退火處理對薄膜的微觀結(jié)構(gòu)以及光電性能的影響。研究結(jié)果表明:所制備的ZMO:Al薄膜沿c軸取向生長,在近紫外區(qū)透明導(dǎo)電;ZMO:Al(x≤

3、.4)薄膜中沒有Mg0分離相,電阻率隨Mg摻雜量的增加而降低,禁帶寬度隨Mg摻雜量增加而增大;隨濺射功率昀增大,ZMO:Al薄膜的生長速率增加,晶化程度變好,晶粒增大;薄膜的電阻率隨濺射功率的增大而減小,當(dāng)濺射功率大于W后,電阻率略有回升;薄膜在可見光范圈內(nèi)的平均透過率隨濺射功率的增大逐漸下降,光學(xué)帶隙逐漸減小;不同濺射氬氣壓強(qiáng)下制備的ZMO:Al薄膜,隨著濺射壓強(qiáng)的增加,薄膜的衍射峰強(qiáng)度增大,半高峰寬減小;薄膜的電阻率隨濺射壓強(qiáng)的增大

4、而減小,由-2.crn下降到-2.crn,當(dāng)濺射壓強(qiáng)大于.OPa后,薄膜的電阻率略有增大;在可見光區(qū)薄膜的平均透過率都達(dá)到了Vo以上,薄膜的帶隙寬度大約為.85eV;隨著生長時間的增加,薄膜的衍射峰強(qiáng)度逐漸增加,半高峰寬減小,晶化程度變好。ZMO:Al薄膜的電阻率隨著生長時間的延長而逐漸下降;薄膜生長時間對薄膜的透射率影響顯著,隨著生長時間的延長薄膜的透過率逐漸降低,但平均透射率在Vo以上,樣品的帶隙寬度從.83eV下降到.7leV;對

5、ZMO:Al薄膜進(jìn)行氬氣退火處理,隨著退火溫度的升高,衍射峰的強(qiáng)度增大,半高峰寬減小,晶粒增大,說明薄膜的晶化程度隨著退火溫度的升高而變好;薄膜的電阻率隨著退火溫度的升高逐漸降低;℃退大后,薄膜的透射率仍保持在Vo以上,禁帶寬度略有增加,大小為.93eV。
　　采用射頻磁控濺射法在石英玻璃襯底上制備ZMO:Al薄膜最佳工藝參數(shù)為:濺射功率W,濺射壓強(qiáng).OPa,濺射時間min,然后在氬氣中進(jìn)行℃退火處理。在上述條件下制備的ZMO:A