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铝离子掺杂氧化锌薄膜的溶胶—凝胶法制备及性能

作　者: 贾波
导　师: 苏革
学　校: 中国海洋大学
专　业: 材料物理与化学
关键词: 溶胶-凝胶法 铝离子掺杂氧化锌 透光率
分类号: TB383.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


目前,薄膜材料已成为微电子学、光电子学、材料表面改性、传感器和太阳能利用等许多新型交叉学科的重要的材料基础。其中,透明导电氧化物薄膜材料因其大的载流子浓度和光学禁带宽度而具有优良的光学性能和导电性能,应用领域非常广泛,比如应用于太阳能电池、平板显示器的透明电极、电磁防护屏等方面。ZnO薄膜由于具有优异的压电、光电、压敏等特性,原材料在自然界中的储量丰富、易于制造、成本低廉、无毒和化学稳定性好,近年来受到广泛的关注,特别是Al3+掺杂的ZnO薄膜(简称ZAO或AZO)。常用的制备氧化物透明导电薄膜的工艺有磁控溅射、化学气相沉积、真空蒸发和溶胶-凝胶法。比较这些方法,溶胶-凝胶法具有工艺简单,成分易于控制,成本低廉和工艺参数易控等优点。因此,本论文运用室温溶胶-凝胶技术和热处理工艺,在载玻片上制备出Al离子掺杂的ZnO薄膜。采用X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对薄膜的成分、结构和形貌进行了表征；通过紫外-可见光分光光度计对薄膜的透光性能进行了研究。结果表明,所制备的氧化锌薄膜为六方纤锌矿结构,沿C轴方向择优生长；没有发现铝离子的掺杂对氧化锌的基本结构的改变；所掺杂的Al离子为取代锌离子的替位掺杂；热处理后,氧化锌颗粒为六角形针(柱)状形貌；随着热处理温度的升高,薄膜的透光率增加；经600℃热处理后的氧化锌薄膜,随着铝离子掺杂浓度的增加,透光率先增加后变小,并在铝离子掺杂浓度为2%时,透光率达到最大值；铝离子掺杂浓度较大时,晶格畸变的影响使薄膜的透光率降低。溶胶浓度为0.6mol/L、铝与锌的摩尔比为2%和热处理温度为600℃时,所制备的薄膜的质量和性能最好。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-8
目录  8-10
第一章:文献综述、研究意义和目的  10-26
  1.1 铝离子掺杂氧化锌薄膜的研究和发展现状  10-17
    1.1.1 氧化锌的结构  11-12
    1.1.2 氧化锌特性  12-13
    1.1.3 AZO薄膜的结构及特性  13-15
    1.1.4 AZO薄膜的应用  15-17
  1.2 铝离子掺杂氧化锌薄膜的制备工艺  17-23
    1.2.1 磁控溅射法  17-18
    1.2.2 喷雾热分解  18-19
    1.2.3 化学气相沉积法  19-20
    1.2.4 离子镀膜  20
    1.2.5 分子束外延法  20-21
    1.2.6 脉冲激光沉积法  21-22
    1.2.7 溶胶-凝胶法  22-23
  1.3 AZO薄膜的研究现状  23-25
    1.3.1 AZO薄膜的国外研究现状  23-24
    1.3.2 AZO薄膜的国内研究现状  24-25
  1.4 本论文的研究目的和意义  25-26
第二章 实验  26-38
  2.1 实验原理及方法  26-28
  2.2 实验试剂及设备  28-30
  2.3 铝离子掺杂ZnO薄膜和未掺杂ZnO薄膜的制备工艺  30-33
    2.3.1 基片的预处理  30
    2.3.2 涂膜及热处理  30-32
    2.3.3 未掺杂ZnO薄膜的制备  32-33
  2.4 薄膜的性能和结构表征  33-38
    2.4.1 X射线衍射成分与结构分析  33-34
    2.4.2 扫描电子显微镜分析(SEM)  34-35
    2.4.3 薄膜的透光性能分析  35-36
    2.4.4 薄膜的电阻测定  36-38
第三章 结果与讨论  38-56
  3.1 掺铝氧化锌薄膜的晶体结构  38-43
    3.1.1 掺杂浓度对薄膜晶体结构的影响  38-40
    3.1.2 热处理温度对薄膜晶体结构的影响  40-43
  3.2 掺铝氧化锌薄膜的SEM分析  43-45
  3.3 掺铝氧化锌薄膜的光学性能  45-49
    3.3.1 掺杂浓度对薄膜透光性能的影响  46-47
    3.3.2 热处理温度对薄膜透光性能的影响  47-48
    3.3.3 薄膜层数对薄膜透光性能的影响  48-49
  3.4 掺铝氧化锌薄膜的电学性能  49-56
    3.4.1 掺杂浓度对薄膜电学性能的影响  50-52
    3.4.2 热处理温度对薄膜电学性能的影响  52-53
    3.4.3 薄膜层数对薄膜电学性能的影响  53-56
第四章 结论  56-57
参考文献  57-62
致谢  62-63
硕士期间发表及待发表的论文  63

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中图分类: > 工业技术 > 一般工业技术 > 工程材料学 > 特种结构材料
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