溶胶-凝胶法制备ZnO：Sn薄膜的微观结构及光电特性.pdf

《溶胶-凝胶法制备ZnO：Sn薄膜的微观结构及光电特性.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在应用文档-天天文库。

1、研究与开发文章编号：1001-9642(2013)04—0025-03溶胶一凝胶法制备ZnO：Sn薄膜的微观结构及光电特性马德福，胡跃辉，胡鸿豪，张效华，陈义川，陈新华(景德镇陶瓷学院机械电子工程学院，景德镇333000)【摘要】利用溶胶一凝胶法在石英玻璃衬底上制备及四探针测试仪(KDY一1)对不同ZnO：Sn薄膜样品的sn掺杂Zn0薄膜(Zn0：Sn)，研究了不同sn掺杂量对薄膜结晶度、微观结构和光电特性进行分析，从而找出制备结晶性、表面形貌和光电特性的影响。通过X射线衍射ZnO：Sn薄膜Sn掺杂量的最

2、佳比例。仪(XRD)、扫描电子显微镜(8EM)、紫外一可见光光度计1实验(uV—VIs)和四探针测试仪对Zn0：sn薄膜进行表征，结果表采用乙酸锌(Zn(CHcoo)，·2H，O)作为锌源(前明：sn掺杂2at．％时，薄膜具有良好的C轴择优取向，表驱体)，乙醇作为溶剂，乙醇胺(MEA)作为稳定剂，四面簇拥生长并呈现六角形结构，薄膜的平均透光率大约为氯化锡(SnC1·5H，O)作为掺杂剂。分别配制Sn／Zn9O％．电阻率最小仅为19．6Q·cm。【关键词】透明氧化物半导体，Zn0薄膜，锡掺杂，摩尔比为Oat

3、．％，lat．％，2at．％，3at．％和5at．％的溶胶溶胶一凝胶法溶液(分别命名为ZnO，SZO，S，ZO，SZO，SZO)，中图分类号：T0174．75文献标示码：A添加的乙醇胺与乙酸锌的摩尔比为1：1，然后60"C水浴搅拌3h得到Zn浓度为0．8mol／L的透明无色溶胶，0引言静置5天待用。氧化锌(ZnO)是一种n型宽禁带半导体，禁带宽薄膜的制备采用旋涂工艺，以石英玻璃作为基底。度为3．3eV，晶体结构为六方形纤锌矿结构。因其独特的先在1000r／rain低转速下旋转10s，然后在3500r／mi

4、n光电特性，而被广泛应用于各种光电器件中，如薄膜晶下高速旋转30s完成镀膜，每镀完一层膜后在300E空气体管的活性层(thinfilmtransistors，简称TFTs)[121、环境下干燥l0min，待空气中冷却5min后，进行第二层涂膜，如此重复镀膜五层后，在700E温度下退火l小时，有机发光器件的电极和太阳能薄膜电池等[3-4]。ZnO基薄膜的制备方法主要有：直流／射频(DC／RF)磁控溅射法、最后随炉冷却制备出不同Sn含量的ZnO：Sn薄膜样品。分子束外延法(MBE)、脉冲激光沉积法(PLD)、

5、化学2结果与讨论气象沉积法(CVD)、喷雾热分解法和溶胶凝胶法[51等。2．1薄膜的晶体结构溶胶一凝胶法具有成膜均匀性好、成膜面积大、与衬底为了研究Sn掺杂对薄膜结晶性的影响，利用X射附着力强、对衬底要求较低、可精确控制掺杂水平、工线衍射仪(XRD)对不同Sn掺杂量的薄膜样品进行测试艺简单等优点。分析，其衍射峰如图l所示。结果显示所有的薄膜样品未掺杂氧化锌薄膜的导电性不高，主要由其本征缺在23。左右的位置都有一个宽的峰包，这是来源于石英陷决定，包括氧空位和锌间隙，不能满足太阳能薄膜电玻璃衬底。无掺杂的Zn

6、O薄膜(ZnO)具有较高的(002)池接触层的实际应用，而且高温下也非常不稳定。因此，峰，峰形尖锐，这意味着其结晶性较好，晶粒尺寸较大。对Zn0薄膜进行掺杂可以进一步提高其导电性和稳定性，随着Sn掺杂量的增加，znO：Sn薄膜样品(002)峰都有主要掺四价的金属元素，例如锡(Sn)【6J、硅(Si)【7J、所下降。但Sn掺杂量为2％时，S，ZO薄膜的(002)峰稼(Ge)[81、钛(Ti)[91等。然而，Sn掺杂ZnO薄膜值最高，与ZnO薄膜样品的结晶性相当，显示出具有良的制备工艺或真空沉积技术报道较少，

7、而且Sn离子半好的C轴择优取向。当Sn掺杂为5％时，SZO薄膜的(002)径(0．69A)比Zn离子半径(0．74A)小，因此Sn峰不明显，几乎没有结晶，说明Sn掺杂量过多会阻碍薄离子完全可以取代zn2离子的位置[101，那么可以通过Sn膜的结晶生长。以下将不再讨论SZO薄膜样品。掺杂ZnO薄膜来改善薄膜的电学特性。另外，在这些四对已经结晶的ZnO，S．ZO，S，ZO和S，ZO薄膜样品价金属元素中，Sn掺杂ZnO薄膜能够有效改善薄膜的可的平均晶粒尺寸可以通过谢乐(Scherrer)公式估算：见光透过率[“

8、】。这里研究了利用溶胶凝胶法制备不同Sn掺杂量的，0．9‘，、)BcOs9、ZnO薄膜，通过X射线衍射仪(XRD，D8Advance)、扫描电子显微镜(SEM，FEI，QuanTA-200F)、紫外一其中d是平均晶粒尺寸；入是X射线的波长1．5406可见光光度计(UV—vIS，PerkinElmerLambda750)A；0是布拉格衍射角；B是(002)晶面衍射峰的半高宽(rad)。可以分别计算出ZnO，S1ZO，S2zO和S