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射频溅射掺铝ZnO薄膜工艺及其光电性能研究

作　者: 李金丽
导　师: 邓宏
学　校: 电子科技大学
专　业: 材料物理与化学
关键词: AZO薄膜射频溅射法组织结构光电性能
分类号: O484.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 260次
引　用: 2次
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内容摘要

氧化锌（ZnO）是一种重要的宽禁带（Eg=3.37eV）半导体材料,其激子束缚能高达60meV,而掺Al的ZnO（AZO）薄膜在室温紫外光电器件方面有巨大的应用潜力。国外对AZO薄膜的研究从20世纪80年代就开始,但Al3+的掺杂浓度一般在10at%以下,其紫外敏感性能远远不能满足太阳盲区紫外探测器的要求。针对以上存在的问题,本论文主要从以下几个方面进行了初步的探索:1.采用射频溅射方法,探索了纯ZnO薄膜制备的最佳工艺。在此基础上,制备了不同浓度（2at%,5at%,10at%,15at%,20at%,30at%和40at%）掺Al的ZnO薄膜（AZO）。通过XRD、AFM、SEM和XPS等分析薄膜组织结构、表面形貌和化学成分,研究结果发现:2at%～15at%掺杂量的AZO薄膜均只有一个衍射峰（002）,表明制备出来的AZO薄膜具有纤锌矿结构且呈c轴择优取向;当掺杂浓度大于15at%时,（002）峰消失,15at%左右为掺杂的临界浓度;随着掺杂量增加到30at%,衍射谱中出现了Al3O2相。2.使用荧光分光光度计测试不同掺Al浓度的AZO薄膜室温下光致发光谱,不同掺Al浓度的AZO光致发光图谱中都存在很强的紫外发光峰和深能级缺陷发光峰。在Al离子浓度高达15at%时,出现了两个紫外深能级发光峰:3.53eV,3.96eV;而且随着Al离子浓度增加到30at%,这两个发光峰均向短波长方向移动（3.53eV→3.78eV,3.96eV→4.41eV）。3.紫外-可见分光光度计测试薄膜在紫外-可见光范围内的透过率,结果表明,薄膜在可见光范围内,平均透过率大于85%。随着Al掺杂浓度的增加,薄膜吸收边逐渐向紫外波长方向移动,光学禁带宽度也逐渐加宽。当Al浓度为30at%时,AZO薄膜的光学禁带宽度约为4.6eV。4.研究了掺Al浓度与薄膜电阻率之间的关系。当掺杂浓度为2at%左右时,薄膜电阻率最小,为3.4×10^-4Ω.cm;当掺杂浓度为30at%左右时,薄膜电阻率最大,为1.3×10⁷Ω.cm.

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第一章概述  9-18
  1.1 引言  9-10
  1.2 ZnO 薄膜的Al 掺杂  10-14
  1.3 ZnO 薄膜的制备方法  14-17
  1.4 实验研究得目的和意义  17-18
第二章实验方法及过程  18-29
  2.1 溅射镀膜装置  18
  2.2 实验材料  18-20
  2.3 衬底的预处理  20-21
  2.4 实验参数及过程  21-22
  2.5 样品分析及方法  22-29
第三章薄膜的制备与结果分析  29-46
  3.1 ZnO 薄膜的制备与分析  29-33
  3.2 掺Al 的ZnO 薄膜（AZO）的制备与分析  33-44
  3.3 小结  44-46
第四章薄膜的光电性能分析  46-55
  4.1 薄膜的光学性能分析  46-50
  4.2 薄膜电学性能分析  50-54
  4.3 小结  54-55
第五章结论  55-57
致谢  57-58
参考文献  58-60
作者攻读硕士期间取得的成果  60-61
个人简介  61-62

射频溅射掺铝ZnO薄膜工艺及其光电性能研究

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