掺杂氧化锌薄膜的制备及其性能研究

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透明导电氧化物被广泛的应用于我们的日常生活中,而其中氧化锌是一种具有优良光电性能的透明导电氧化物,且其资源丰富、环保、价格低廉,因此其被应用于太阳能电池、LED、集成电器材料中。  本文采用溶胶-凝胶法以及磁控溅射法来研究不同参数对薄膜性能的影响;在溶胶-凝胶法中,研究了 Mg-Al共掺浓度以及旋涂层数对氧化锌薄膜的影响。实验研究表明:不同 Mg-Al共掺的氧化锌薄膜只有(002)衍射峰,说明薄膜都为 C轴择优取向生长的六角纤锌矿结构。在 Mg-Al共掺比为2at%:1.5at%时,氧化锌薄膜的透过率达到最大为94.44%,且其电阻率也很低为1.98?10-2?·cm。研究旋涂层数对氧化锌薄膜性能影响采用2at%:1.5at%的 Mg-Al共掺比;通过 XRD、SEM、透过率图谱综合分析得出旋涂层数为6层时,薄膜的晶粒尺寸最大,可见光透过率在90%以上。  本文另一个研究内容是通过磁控溅射法来制备掺镓氧化锌薄膜,实验中所用到的靶材是由99.99%纯度的氧化锌以及99.99%纯度的氧化镓按掺杂摩尔比为 Ga2O3:ZnO=2.5at%:97.5at%通过高温制备而成的。实验研究了溅射时间、溅射功率以及衬底温度对薄膜性能的影响。通过正交实验得到最优参数为:衬底温度为室温、溅射功率为200W、靶间距为51nm、溅射气压为1Pa、气体流量为25sccm。在最优参数基础上进行溅射时间实验研究;实验结果表明:溅射时间为60min时,薄膜的透过率在可见光范围内为85.34%,近红外的透过率也可以达到72.66%,其电阻率极低为6.48?10-5?·cm。在研究溅射功率与衬底温度实验中采用60min的溅射时间;在最优参数基础上进行实验,以溅射功率实验为例;实验分为两个阶段;第一阶段改变溅射功率溅射30min,第二阶段各个样品统一在200W溅射功率下进行溅射30min;其余参数为最优参数。第一阶段在100W下溅射30min,第二阶段在200W下溅射30min,其简称为100W/200W。溅射功率实验做了以下几组实验:200W/200W、100W/200W、150W/200W、250W/200W。溅射功率实验结果表明:分两阶段进行溅射功率实验所制得的薄膜电阻率均高于最优参数薄膜的电阻率,薄膜在近红外范围内透过率得到提高。在150W/200W实验时,薄膜在近红外范围内的透过率达到81.39%。衬底温度实验有如下几组:RT/RT、100℃/RT、150℃/RT、200℃/RT,电阻率分别为6.48?10-5?·cm、1.08?10-4?·cm、1.01?10-4?·cm、7.84?10-5?·cm;在200℃/RT实验时,薄膜在可见光范围内的透过率高达91.79%,近红外透过率为84.94%。
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