摻鈦GZO透明導電薄膜的制備及其性能研究.pdf

1、透明導電氧化物（TCO）薄膜是一種重要的寬禁帶半導體材料，人們對它的研究可以追溯到19世紀末。由于TCO薄膜具有良好的光學和電學性能，因而被廣泛應用于傳感器、平板顯示和太陽能電池等領域。氧化鋅（ZnO）基薄膜的原材料儲量豐富、性價比高且沒有毒性，近年來在TCO家族中占據(jù)了重要地位。目前，人們對它的研究主要集中在摻鎵ZnO（GZO）、摻鋁ZnO（AZO）等單元素摻雜方面，而對于二元摻雜尤其是摻鈦 GZO（GZO:Ti）薄膜的研究報道很少。

2、因此，本論文選用GZO:Ti透明導電薄膜作為研究對象。
　　本文采用射頻磁控濺射技術，以規(guī)格為37.5 mm?2.5 mm?1.1 mm的普通玻璃作為襯底，在不同的沉積溫度、氬氣壓強、濺射功率、靶基距離等工藝參數(shù)下制備了GZO:Ti薄膜樣品。利用 X射線衍射儀（XRD）、X射線光電子能譜儀（XPS）、掃描電子顯微鏡（SEM）、紫外-可見分光光度計、四探針儀對樣品進行測試表征，研究了制備工藝參數(shù)對GZO:Ti薄膜微觀結(jié)構和光電性能的

3、影響，獲得了最佳工藝條件。其主要工作及結(jié)論如下：
　　（1）薄膜光電綜合性能的量化表征?；跍y量的透射率光譜，計算了薄膜可見光區(qū)域的平均透過率（Tav），并利用外推法提取了薄膜的直接光學帶隙（Eg）。引入品質(zhì)因數(shù)（?）表征了薄膜的光電綜合性能，通過定量評價獲得了 GZO:Ti薄膜的最佳制備工藝參數(shù)，其?值最高為4068.9?-1?cm-1。
　?。?）工藝參數(shù)對薄膜微觀結(jié)構均有明顯影響。微觀測試分析顯示，所有 GZO:Ti薄

4、膜均存在有（100）、（002）和（004）方向的衍射峰，其中（002）方向衍射峰強度明顯高于其他晶面，并且（002）方向的擇優(yōu)取向度均大于97.1％，具有明顯的（002）擇優(yōu)取向生長特性。另外，沉積溫度、氬氣壓強、濺射功率和靶基距離對薄膜的晶粒尺寸（D）和壓應力（?）具有顯著影響，其D值變化范圍為38.2~85.7 nm、?值變化范圍為0.226~0.443 GPa。
　　（3）工藝參數(shù)對薄膜光學性質(zhì)具有不同影響。光學研究結(jié)果表

5、明，GZO:Ti薄膜的Tav和Eg明顯受到沉積溫度、濺射功率和靶基距離的影響，但它們幾乎不隨氬氣壓強的變化而改變。所有薄膜樣品的Tav均高于80%，透光性能良好；Eg都在3.342 eV以上，大于未摻雜ZnO薄膜的直接光學帶隙。
　　（4）工藝參數(shù)對薄膜電學性質(zhì)具有明顯影響。四探針儀測試表明，GZO:Ti薄膜的電阻率為10-3??cm數(shù)量級、品質(zhì)因數(shù)?為1649.7~4068.9?-1?cm-1?？梢姡瑩诫s有效改善了ZnO薄膜的導

6、電性能，制備工藝參數(shù)對GZO:Ti薄膜光電綜合性能的影響非常明顯。
　?。?）GZO:Ti薄膜光學常數(shù)及其折射率色散性質(zhì)的研究。利用光譜擬合法提取了GZO:Ti薄膜的折射率（n）和消光系數(shù)（k），結(jié)果表明n和k隨波長增加而單調(diào)減小，表現(xiàn)為正常色散關系，同時其折射率色散行為遵循Wemple-DiDomenico單振子色散模型。
　?。?）制備 GZO:Ti薄膜的最佳工藝條件。基于薄膜結(jié)構和光電性能的研究表明：采用1% TiO2