氧化鋅鈦透明半導體薄膜的制備工藝和光電性能研究.pdf

1、氧化銦錫（ITO）透明導電薄膜具有高的可見光區(qū)透過率、較低的電阻率和較高的功函數(shù)，被廣泛應用于光電子領域。但由于銦的自然儲量少、成本高、有毒性、穩(wěn)定性能不理想等原因限制了ITO的應用范圍，因此，研制ITO的替代產(chǎn)品已成為該領域的一個重要課題。氧化鋅（ZnO）具有優(yōu)良的光電、鐵電和壓電特性，可以方便地制備出性能優(yōu)良的功能薄膜，已經(jīng)成為近20年來半導體材料領域的研究熱點之一。摻雜氧化鋅具有原材料豐富、價格低廉、無毒性、穩(wěn)定性好以及沉積溫度較

2、低等優(yōu)勢，被認為是替代ITO薄膜的理想材料之一，在平板顯示器、太陽能電池、發(fā)光二極管和傳感器等諸多領域有著廣泛的應用前景。
　　本文以普通玻璃作為襯底材料，采用射頻磁控濺射技術制備氧化鋅鈦（TZO）透明半導體薄膜，通過X射線衍射儀（XRD）、X射線光電子能譜儀（XPS）、紫外-可見（UV-Vis）分光光度計、四探針儀等測試，研究了TZO薄膜的微觀結構、光學性質(zhì)、電學性質(zhì)以及光電綜合性能，并利用有效單振子模型分析了TZO薄膜的折射率

3、色散性質(zhì)，獲得了如下主要結論：
　?。?）襯底溫度對TZO薄膜微觀結構和光電性能的影響。不同襯底溫度下所制備的TZO薄膜均為多晶的六角纖鋅礦結構，并且具有（002）擇優(yōu)取向生長特性，鈦摻雜沒有改變薄膜的晶體結構。襯底溫度變化對薄膜的結晶性能和光電性能具有一定的影響，當襯底溫度為410 K時，TZO薄膜的可見光區(qū)平均透過率最高（76.21％）、品質(zhì)因數(shù)最大（3.17×103 S?cm-1）、光電綜合性能性能最優(yōu)。另外，在本文研究的范

4、圍之內(nèi)，襯底溫度對 TZO薄膜的光學帶隙影響不明顯（3.47~3.49 eV）。
　?。?）濺射氣壓對TZO薄膜微觀結構和光電性能的影響。在不同濺射氣壓條件下，TZO薄膜的結晶質(zhì)量和光電綜合性能隨著濺射氣壓增加而呈現(xiàn)出先變好而后變差的趨勢，當濺射氣壓為0.6 Pa時，TZO薄膜的電阻率最低（1.15×10-3??cm）、品質(zhì)因數(shù)最大（3.17×103 S?cm-1），具有最佳的光電綜合性能。同時濺射氣壓對TZO薄膜的光學帶隙也具有

5、較明顯的影響（3.45~3.49 eV），濺射氣壓為0.6 Pa時光學帶隙最大（3.49 eV）。
　　（3）靶基距離對TZO薄膜微觀結構和光電性能的影響。靶基距離從70 mm增加到75 mm時，TZO薄膜的可見光區(qū)平均透過率和電阻率均減小，而光學帶隙和品質(zhì)因數(shù)增大。當靶基距離為75 mm時，TZO薄膜的光學帶隙為3.47 eV、品質(zhì)因數(shù)較大為2.67×103 S/cm-1，其光電綜合性能較好。
　?。?）TZO薄膜光學常數(shù)

6、的計算及其折射率色散性質(zhì)的分析。基于測試的透過率數(shù)據(jù)計算了不同工藝參數(shù)時 TZO薄膜的光學常數(shù)，結果表明：在可見光區(qū)TZO薄膜的折射率隨波長增加而減小，表現(xiàn)為正常色散關系，同時折射率的色散行為遵循有效單振子模型。
　?。?）制備TZO薄膜的最佳工藝條件。基于制備工藝參數(shù)對TZO薄膜光電綜合性能影響的研究，獲得了射頻磁控濺射法沉積TZO薄膜的最佳工藝條件如下：襯底溫度為410 K，濺射氣壓為0.6 Pa，靶基距離為75 mm，濺射功