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Na、K与Mg共掺杂ZnO薄膜的制备及性能研究

作　者: 艾国齐
导　师: 谭红琳
学　校: 昆明理工大学
专　业: 材料物理与化学
关键词: ZnO薄膜掺杂晶格畸变择优取向退火温度
分类号: TB383.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

ZnO是Ⅱ-Ⅵ族直接宽禁带化合物半导体材料,室温下禁带宽度为3.37eV,激子束缚能为60meV。ZnO薄膜以其优良的压电性能、透明导电性能等使其在太阳能电池、压电器件、表面声波器件、气敏元件等诸多领域得到广泛应用,在紫外探测器、LED、LD等领域有着巨大的发展潜力。ZnO:Al薄膜具有与ITO薄膜相比拟的对可见光的高透过率和高电导,在氢等离子体的稳定性高,已成为替代ITO透明导电薄膜的研究热点。另外ZnO的P型掺杂也是近年来研究的另一个热点和难点问题。本文中介绍了国内外当前对ZnO薄膜的研究情况,文中主要采用溶胶凝胶法,以二水合乙酸锌为溶质,无水乙醇为溶剂,二乙醇胺为稳定剂,分别在玻璃上制备(Na,Mg):ZnO和(K,Mg):ZnO薄膜,并对薄膜进行XRD. SEM、光学性能以及电学性能测试,得出以下结论：(1)分别用旋涂法和提拉法制备ZnO薄膜,比较两者SEM图,发现提拉法所制备的样品表面更加的均匀致密,形貌优于旋涂法制备的样品。(2)采用提拉法在不同工艺条件下制备(Na, Mg):ZnO薄膜,薄膜结构和性能会受掺杂浓度、退火温度、镀膜层数等工艺条件影响：掺杂后薄膜衍射峰与标准ZnO衍射峰相比都向小角度方向移动,晶格畸变,随着Na+浓度增加薄膜(002)衍射峰变弱,薄膜电阻率先随Na+浓度增加而减小后增大；Mg2+浓度增加薄膜吸收边发生明显蓝移,吸收波长变小,禁带宽度变大。退火温度为500℃时,薄膜结晶度最好,温度过高过低都不利于薄膜生长,镀膜层数增加时(002)晶面衍射峰也随之增强。(3)本实验将氯化钾和氯化镁作为掺杂源掺入ZnO制备(K, Mg):Zn薄膜,当K+或Mg2+掺入量过高时表面会出现杂质堆积；适当掺入K+可以提高薄膜的透光性能,增大薄膜光学带隙；K+掺杂量的增加使(002)晶面衍射峰向小角度方向移动,衍射峰的半高宽变大,晶粒尺寸不断减小,平均粒径在30-40nm之间,薄膜的结晶度随之降低。薄膜最佳退火温度为550℃,此时薄膜表现出了良好的(002)晶面择优取向,晶粒尺寸达到90nm,比(Na, Mg):ZnO薄膜退火温度高主要是因为K+半径比Na+半径大,需要更高的温度获取更多的能量才能很好的发生扩散和迁移。镀膜层数变化导致薄膜具有较好的(100)晶面择优取向。

Na、K与Mg共掺杂ZnO薄膜的制备及性能研究

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