In摻雜ZnO透明導電薄膜的制備與光電性能研究.pdf

1、氧化鋅(ZnO)是Ⅱ-Ⅵ族直接帶隙(3.3eV)半導體氧化物，由于其優(yōu)良的光電特性等，在發(fā)光器件、紫外探測器、太陽能電池、氣敏元件以及聲表面波器件等領域得到了廣泛的應用。與現(xiàn)在常用的透明導電薄膜ITO和SnO2∶F薄膜相比，ZnO薄膜具有價格便宜，在活性氫和氫等離子體環(huán)境下穩(wěn)定性高等優(yōu)點而備受青睞。In摻雜ZnO薄膜(ZnO∶In)可以有效改善薄膜的光電性能，因此開展ZnO∶In透明薄膜的研究具有非常重要的意義。
　　 本文通過

2、射頻磁控濺射技術(shù)在玻璃和石英襯底上制備ZnO∶In薄膜，系統(tǒng)研究了In摻雜濃度、襯底溫度、濺射壓強、退火溫度等工藝參數(shù)對薄膜性能的影響；用XRD、AFM、SEM、XPS和紫外-可見-紅外分光光度計等測試手段對沉積的薄膜進行了表征和分析；研究了ZnO∶In薄膜的結(jié)構(gòu)和光電性能。通過研究得出了以下主要結(jié)果：
　　 1.采用射頻磁控濺射技術(shù)，以高純ZnO和In2O3粉末壓制成靶，在玻璃和石英襯底上制備出高質(zhì)量的ZnO∶In薄膜。所制備

3、的ZnO∶In薄膜均為六角纖鋅礦的多晶結(jié)構(gòu)薄膜，具有(002)方向的擇優(yōu)生長優(yōu)勢。
　　 2.AFM和SEM表明，隨著In摻雜濃度和襯底溫度的增加，薄膜表面逐漸平整，晶粒更致密。XPS分析表明：Zn和In元素分別以Zn2+和In3+形式存在，未發(fā)現(xiàn)其它價態(tài)的Zn和In元素，薄膜中In含量比靶中In含量稍高。
　　 3.霍爾測試表明，ZnO∶In薄膜的電阻率受In摻雜濃度、襯底溫度和濺射壓強的影響較大。隨著In摻雜濃度的增

4、加，電學性能逐漸變好；隨著襯底溫度的升高，電阻率先升高后逐漸降低；隨著濺射壓強的升高，電阻率增加，載流子濃度下降。透光率測試表明，In摻雜和襯底溫度對薄膜的透光率影響不大，平均值均在85％以上。濺射壓強增加，透光率略有升高。薄膜退火后，吸收邊發(fā)生紅移；隨著退火溫度的升高，紅移減小。所有薄膜均具有4個PL發(fā)光峰：396nm(3.13eV,紫外)，446nm(2.78eV,藍帶)，482nm(2.57eV,綠帶)和527nm(2.35eV,