Mo掺杂ZnO薄膜的结构和光、电性能研究

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透明导电氧化物材料的发现给半导体材料领域带来了更加广阔的发展空间,满足了现在很多新兴电子产品对材料的严格要求。随着研究的进展,发展较为成熟的有In2O3基系和ZnO基系材料。它们都具有较宽的禁带和优越的光电性能;In2O3基系薄膜发展时间更长,相对更加成熟,已经在相关领域得到了一定的应用;但是随着电子产业的快速发展,已经不能满足生产的需求。而ZnO基系薄膜除了具有In2O3基系薄膜的功能特性外,价格低廉,无毒的性质使它得到更广泛应用。  本文通过射频磁控溅射法制备了Mo∶ZnO薄膜,少量Mo元素的掺杂使高价Mo6+代替Zn2+离子,不仅可以提高载流子浓度,也可以获得高的迁移率,避免光学吸收。在实验制备过程中,我们通过将高纯度Mo丝置于ZnO陶瓷靶表面共同溅射来获得掺杂的效果。由之前实验所得经验,我们固定了Mo丝的长度,分别改变溅射时间,沉积气压,溅射功率,负偏压,氧氩比一系列参数进行实验,对得到的样品进行形貌、结构、和光电性能的表征。得到结论为,薄膜的形貌和结构受薄膜厚度、溅射功率、偏压的影响较大;薄膜的电学性能受沉积总气压、沉积功率和氧氩比的影响较大,得到样品的最低电阻率为2.27×10-3Ω·cm;薄膜透过率在可见光波段内都比较高,合适的厚度、溅射功率、氧氩比都可以有效的改善其透光率,最好达到80%以上。  通过Mo元素的掺杂实验,经过优化得到一组择优参数,总气压0.8pa,其中氧氩比为2∶6;溅射功率选取为100W;负偏压40V;沉积时间20min;对W元素掺杂进行实验,选取纯度为99.99%的W丝长度6cm,其横截面直径0.4mm。对所得样品测试得到薄膜结晶良好,表面平整,透光率得到80%,电阻率为7.13×10-3Ω·cm,光电性能比较优越,结果与初期实验期望基本吻合。
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