溶胶凝胶法制备alf共掺杂的zno薄膜及其性能研究

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1、溶胶一凝胶法制备A1-F共掺杂Zn0薄膜及其性能研究摘要氧化锌(zno)是一种具有六角纤锌矿结构的氧化物半导体材料，具有优异的光电性能，在透明电极、平面显示、太阳能电池等领域应用很广。未掺杂的ZnO材料远不能满足这些光电器件研制的要求，因此必须通过掺杂来调整ZnO材料中的载流子浓度，从而调节或改善其性能。如通过掺杂III族元素(B，Al，Ga，In)或者Ⅶ族元素(F，C1)等来提高其导电性能。其中，掺Al的ZnO薄膜(AZO)作为最具有发展前途的透明导电材料之一而被广泛研究。而F掺杂型ZnO薄膜亦被研究

2、是因为F元素可在ZnO晶格点阵中形成置换晶界，导致自由电子浓度的增加从而提高导电性。本文以二水合醋酸锌(Zn(CH3COO)2"2H20)作为前驱体，乙二醇甲醚(C3H802)作为溶剂，乙醇胺(HOCH2CH2NH2)作为稳定剂，采用溶胶．凝胶法在玻璃基体上制备了ZnO：F：A1薄膜。主要研究了溶胶浓度、退火气氛、退火温度以及掺杂浓度对薄膜的晶体结构、表面形貌、电阻率以及透光性能的影响。利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、四探针测试仪、光谱仪等对所制备的薄膜进行了表征和性能研究。研究表明

3、：采用溶胶．凝胶法所制备的ZnO：F：A1薄膜为六角纤锌矿结构，溶胶浓度(0．55M．0．95M)为0．65M时薄膜的结晶性能最好。掺杂浓度和热处理过程(退火温度、退火气氛)能显著影响薄膜的结晶质量、表面形貌和光电性能。不同浓度的A1．F共掺杂(0．25at％～-1．00at％)均能提高薄膜的导电性能，当二者的掺杂浓度皆为0．75at％时，薄膜的电阻率最低。退火温度(450℃～650。C)与退火气氛(空气、氢气、氩气、真空)对薄膜的电阻率也有明显的影响。A1．F的掺杂浓度皆为O．75at％时，在空气气氛

4、中、在550。C下退火时薄膜结晶的C轴择优取向性最好，薄膜表面平整致密，在可见光范围内的平均透过率超过90％，此时其电阻率也最低，为1．02×10qQ·cm。而退火温度与退火气氛对薄膜的透光性能影响不大，薄膜在可见光区的平均透射率均在85％到90％左右。关键词：ZnO：F：AI薄膜；溶胶．凝胶；AI—F共掺；退火处理；光电性能PreparationofAl·-FCo——DopedZnOThinFilmsbySol-—GelMethodandStudyofTheirPropertiesAbstractZn

5、0iSonekindofoxidesemiconductormaterialwithwideband．gapandahexagonalwurtzitestructure．Duetoitsgoodphotoelectricbehavior．itiSwidelyappliedtovariousdevicesincludingsolarcell，liquidcrystaldisplayastransparentandconductiveoxideelectrodes．Zn0materialswithoutdo

6、pantscannotmeetthesephotoelectricdevices，SOwemustdopepurposelytoenhancethecarriermobilitytoimproveoradjusttheirproperties．Somedopingelements，forexample，IIIgroupelements(B，Al，Ga，In)orVIIgroupelements(F，C1)，canimprovetheconductivecapabilityofZnOthinfilms．A

7、1．dopedZn0thinfilms(AZO)arewidelystudiedasoneoftransparentConductiveoxidematerialswithgoodfuture．Fluorine．dopedzincoxide(ZnO：F)thinfilmsarealsostudiedbecausetheelectronicconcentrationcanbeincreasedbyincorporatingFluorineinto0xygensitesintheZnOlatticeandS

8、OtheelectricalpropertiesofZn0thinfilmscanbeenhanced．Inourresearchwork，theA1．FCO．dopedZnO(ZnO：F：A1)thinfilmsaredepositedonglasssubstratesbys01．gelmethod．Thecrystalstructure．resistivityandtransmittanceofthinfilmsaremainlyres