zno薄膜的制备与性能分析

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1、南京航空航天大学硕士学位论文摘要氧化锌(ZnO)是一种具有六方纤锌矿晶体结构的宽禁带II-VI族半导体材料由于其优良的特性在太阳能电池紫外探测器声表面波器件气敏传感器透明电极等方面得到了广泛的应用近年来由于Al掺杂的ZnO薄膜(ZAO)具有与ITO薄膜相比拟的光电性能(可见光区高透射率和低电阻率)又因其价格较低以及在氢等离子体中的高稳定性等优点已经成为替代昂贵的ITO薄膜的首选材料和当前透明导电薄膜领域的研究热点之一本文主要采用溶胶-凝胶法制备ZnO及其Al掺杂薄膜以醋酸锌为原料二乙醇胺为稳定剂异丙醇为溶剂并采用硝酸铝来提供掺杂离子用XRDAFMSEM和紫外可见紫外荧光分光光度

2、计等测试手段对沉积的薄膜进行了表征和分析分析了ZnO及其掺杂薄膜的导电机制用VanderPauw方法对样品的电学特性进行了测量实验结果表明利用溶胶-凝胶法制备的ZnO及ZAO薄膜具有较好的晶体结构和光电特性XRD表明制备的薄膜为多晶退火处理能使其结晶度提高旋涂层数增大至20层时002方向的择优取向度增加AFM和SEM表明样品表面较平整且晶粒较致密薄膜的光谱分析结果表明ZnO薄膜样品的可见光透射率平均值均在90%以上Zn离子浓度为0.8mol/L的溶胶经旋涂并在500下退火1小时后可获得最高的可见光透射率平均透射率约为94%ZAO样品的可见光区透射率同样达到90%随着Al掺杂浓度

3、或退火温度的升高薄膜光吸收边向短波方向移动薄膜透射率与旋涂速度Zn离子浓度以及退火温度等因素有关薄膜的电学性能分析结果表明ZAO薄膜的电阻率受Al掺杂浓度及退火温度的影响较大当Al掺杂浓度为1%时有最小的电阻率随着退火温度的升高电阻率减小本文还利用了磁控溅射法制备了Mn掺杂ZnO薄膜主要对其电学及光学性能进行了研究关键词溶胶-凝胶法溅射法ZnO薄膜透射率光电特性IZnO薄膜的制备与性能分析ABSTRACTZnOisaII-VIsemiconductormaterialwithwideband-gap,whichhashexagonalwurtzitestructure.ZnOt

4、hinfilmswerewidelyappliedinsolarcell,UVdetector,SAWdevice,gassensorandtransparentelectrodesetalfortheirexcellentproperties.Inrecentyears,Al-dopedZnO(ZAO)thinfilmshasbecomeahotissueoftransparentconductivethinfilmsfieldandpreferredmaterialsinsteadofITOfilmsnotonlybecauseoftheircomparableoptica

5、landelectricalproperties(highopticaltransparencyinthevisiblerange,lowelectricalresistivity)toITOfilms,butalsobecauseoftheirlowerpriceandhigherthermalandchemicalstabilityundertheexposuretohydrogenplasmathanITO.Asol-geltechniqueisadoptedinthiswork.Thestartingmaterialusedinthepresentstudywaszin

6、cacetatedehydrate(Zn(CH3COO)2·2H2O).Isopropanolwasusedasasolvent,diethanolamine(DEA)asasolstabilizerandAl(NO3)3·9H2Otoprovidedopingion.ThefilmsobtainedwerecharacterizedandanalyzedbyXRD,AFM,SEM,fluorescencespectrumandultraviolet-visiblespectrophotometer.Theconductionmechanismwasanalyzedandthe

7、electricalpropertieswereinvestigatedbyVanderPauwmethod.TheexperimentalresultsshowedthatZnOthinfilmshadgoodstructural,opticalandelectricalproperties.Itwasfoundthattheobtainedfilmswerepoly-crystallineandthecrystallinityofZnOthinfilmsbecamebetterafter