zno：in薄膜的制备及其光电性能研究

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1、摘要ZnO：In薄膜的制备及其光电性能研究本文首先采用自行设计的超声喷雾热分解设备在普通玻璃衬底上沉积了ZnO薄膜，优化工艺条件后，又分别在玻璃和高阻n．Si(100)衬底上沉积了ZnO：In薄膜，最后采用磁控溅射技术在玻璃衬底上制备了ZnO：In薄膜。借助X射线衍射、场发射扫描电子显微镜、X射线色散能谱、X射线光电子能谱、台阶仪、紫外可见光分光光度计、霍尔效应、四探针等测试手段，研究了沉积温度、衬底材料、溅射功率等对ZnO：In薄膜的晶体结构、形貌、成分及含量、元素价态、成膜速率、光学性能和电学性能的影响。研究结果表明：(1)超声喷雾热分解制备ZnO的较佳生长条件为：衬底温

2、度为450℃以上，衬底与喷嘴之间的距离为6cm，生长时间为30min。(2)在400---，475。C的温度范围内，随着衬底温度的升高，超声喷雾热分解制备的ZnO：In薄膜的(100)、(002)、(101)衍射峰均有增强趋势，但是(002)更为明显。所得ZnO：In薄膜结构均匀致密。XPS显示，In元素很好地掺入了ZnO薄膜中，并且部分取代Zn，与O结合。随着衬底温度的升高，沉积速率逐渐降低。随着衬底温度的升高，光的紫外吸收边发生“蓝移’’。优化工艺条件下，ZnO薄膜的电阻率最低可达O．130f1．cm，载流子浓度达到1．040x1020cm一，表明薄膜具有良好的电学性能。

3、与玻璃衬底上沉积的ZnO：In薄膜相比，硅衬底上沿(100)、(101)北京化工大学硕上毕业论义方向生长。在相同的衬底温度下，硅衬底上制备的ZnO：In薄膜电阻率均高于玻璃衬底上制备的。(3)采用磁控溅射技术生长的ZnO：In薄膜样品均为具有C轴择优取向的六方纤锌矿结构。在可见光区域，样品的透过率都在80％以上。随着溅射功率的提高，光的紫外吸收边发生“蓝移”。随着功率的增大，薄膜的方块电阻逐渐减小，最小可达26D．／o。关键词：ZnO薄膜，ZnO：In薄膜，超声喷雾热分解，磁控溅射，光电性能ABSTRACTFABRICATIONoFZnO：InTHINFILMSANDSTUD

4、YOFPHoTOELECTRICPROPERTIESZnOthinfilmsweregrownonglasssubstratesbyultrasonicspraypyrolysis，aReroptimizinggrowthconditions，wealsopreparedZnO：Inthinfilmsonglassandhigh-resistivityn-Si(100)substratesrespectively,wepreparedZnO：Inthinfilmsonglassbymagnetronsputteringatlast．XRD，FE—SEM，EDX，XPS，ste

5、pprofiler,UV-Vis，HalleffectmesurementandFourprobeswereemployedtoanalyzetheeffectofdepositingtemperature，substratematerialandsputteringpoweroncrystalstructure，morphology,composition，content，elementvalencestate，depositionrate，opticalandelectricalproperties．Theresultsshowthat：(1)Theoptimizedde

6、positionconditionofZnOthinfilmswhicharepreparedbyultrasonicspraypyrolysisisthat：substratetemperatureisabove450"C，distancebetweensubstrateandspoutis6cm，growthtimeis30min．(2)IntheZnO：Inthinfilmswhicharepreparedbyultrasonicspraypyrolysisonglasssubstratesbetween400,-√475。C，withtheincreaseofsubs

7、tratetemperature，allof(100)、(002)and(101)diffractionpeakhadthetrendofaggrandizement，but(002)isstronger．TheZnO：Inthinfilms北京化工大学硕jj毕业论文aredenseandsmooth．XPSrevealsthatInisdopedinZnOverywell，andpartlysubstituteZn，bindtoO．Thehigheroftemperature，thelowerofde