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玻璃基ZnO基薄膜的喷雾热分解法制备和表征

作　者: 缪灯奎
导　师: 赵青南
学　校: 武汉理工大学
专　业: 材料学
关键词: ZnO薄膜光电性能退火透明导电喷雾热分解法
分类号: TB383.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

ZnO是一种宽带隙的半导体材料,禁带宽度为3.37eV。透明导电 ZnO薄膜是一种n型半导体,这是因为在薄膜的制备过程中,Zn和O的结合并不符合化学计量比,而是形成的一种缺氧的状态。ZnO可以在很宽范围内调节和控制,不同条件下生成的薄膜具有不同的功能。在ZnO薄膜中掺入铝、铟、氟等杂质,能有效地提高薄膜的电导率,改善其性能。掺杂ZnO薄膜有很好的导电性和透光性,其中AZO薄膜已成为制备光电器件理想材料,是近年来研究热点之一。本文以乙酸锌为前躯体,AlCl3、InCl3为掺杂剂,在玻璃基板上采用喷涂热分解法制备掺杂ZnO透明导电薄膜。通过试验确定掺杂元素、掺杂浓度、基板温度、初始溶液中乙酸锌浓度、喷枪与基板距离等因素对ZnO薄膜性能的影响,找到最佳的工艺参数。制备出满足太阳能电池制程要求的ZnO基透明导电薄膜。在试验中不断改进Spray pyrolysis设备,得到满足工业化生产ZnO基薄膜的生产设备。用紫外-可见光谱(UV-Vis)测试了膜层的透射率和吸收率,计算了薄膜的光学常数：折射率,光学带隙和膜层的厚度；用高倍显微镜观察了薄膜的表面形貌；研究了喷涂工艺对薄膜表面形貌的影响；用四探针法测试了薄膜的方块电阻；用XRD研究了薄膜的晶体结构。结果表明：(1)基板温度是影响薄膜的结构和性能重要因素之一,利用喷涂热分解法在550℃下,当In掺杂量为1%时,制备出薄膜达到了最小电阻率为3.5×10-3Ωm,在可见光区域(400-800 nm)的透射率都在80%左右,薄膜的光学带隙为3.24eV的掺杂ZnO薄膜；(2)喷涂热分解法制备出的ZnO薄膜样品为六方钎锌矿多晶结构,薄膜样品沿(002)面上择优生长,随着In掺杂量的增加薄膜晶体结构由六方晶系向斜六方晶系转变。但是(002)衍射峰最强,最为尖锐。当In掺杂量大于1%时,薄膜出现新的结构InAlO3(ZnO)17结构出现；(3)喷涂热分解法制备的In掺杂ZnO薄膜的最小电阻率为8.0×10-5Ωm比Al掺杂ZnO薄膜的最小电阻率3.5×10-3Ωm低出两个数量级；而ZnO薄膜的透过率在微量掺杂时,不受掺杂元素的影响。因此在喷涂热分解工艺中In元素比Al元素更适合作为掺杂,用于制备高性能ZnO薄膜。

玻璃基ZnO基薄膜的喷雾热分解法制备和表征

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