【摘要】：ZnO作為一種寬禁帶半導(dǎo)體材料,通過Al、Ga等Ⅲ族元素的摻雜可以使薄膜的電學(xué)性能得到很大程度的提升。資源豐富、價格低廉、無毒、在H等離子體中穩(wěn)定的優(yōu)勢使其成為取代錫摻雜氧化銦(ITO)的最佳選擇,在太陽能電池、平板顯示器以及節(jié)能窗等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。與Al摻雜ZnO(AZO)薄膜相比,Ga摻雜使ZnO的晶格畸變較小,而且Ga摻雜ZnO(GZO)薄膜的穩(wěn)定性更好,有望獲得優(yōu)于AZO的光電性能,故本文對GZO薄膜進(jìn)行系統(tǒng)的研究。本論文主要研究以下三個方面的內(nèi)容:本文首先采用射頻磁控濺射法在玻璃襯底上制備了GZO薄膜,研究了濺射功率、襯底溫度以及濺射氣氛對薄膜結(jié)構(gòu)、電學(xué)性能以及光學(xué)性能的影響。研究發(fā)現(xiàn),濺射氣氛對薄膜光電性能的影響最大。純氬下制備的GZO薄膜的最低電阻率為4.32×10-4Ω·cm,最高可見光透過率高于80%且在近紅外區(qū)域表現(xiàn)出較低的透過率,表明薄膜對可見光具有選擇透過性。其次,在前面實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上在玻璃襯底上制備了厚度不同的氧化鋅緩沖層,研究了緩沖層對GZO薄膜結(jié)構(gòu)、電學(xué)、光學(xué)以及表面性能的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,ZnO緩沖層的引入改善了GZO薄膜的結(jié)晶質(zhì)量,降低了薄膜的電阻率,提升了GZO薄膜的光學(xué)性能。20 nm的緩沖層上制備的GZO薄膜表現(xiàn)出最佳的結(jié)構(gòu)和光電性能,電阻率低至4.09×10-4Ω·cm的同時具有良好的對可見光的選擇透過性。此外,GZO薄膜的表面具有疏水的特性,獲得的最低表面自由能為25.98 mN/m,表明GZO/Zn O薄膜具有環(huán)境耐久性。最后,通過引入金屬Ag層制備GZO/Ag和GZO/Ag/GZO多層結(jié)構(gòu)的透明導(dǎo)電薄膜來實(shí)現(xiàn)GZO薄膜的低溫性能優(yōu)化,并研究了Ag層厚度對多層結(jié)構(gòu)薄膜光電性能的影響。與單層GZO薄膜相比,金屬Ag層厚度最佳時的GZO/Ag和GZO/Ag/GZO多層薄膜的電阻率降低了兩個數(shù)量級,由3.9×10-3Ω·cm分別下降至2.87×10-5Ω·cm和3.07×10-5Ω·cm,其載流子濃度的數(shù)量級均高達(dá)1022 cm-3。同時,Ag層厚度最佳時的多層薄膜不僅在可見光區(qū)域有較高的透過率,而且表現(xiàn)出較低的近紅外透過性能。另外,測試表明多層結(jié)構(gòu)薄膜在波長為2.5~20μm的紅外區(qū)域均有較高的反射率,表明多層GZO透明低阻薄膜同時可以實(shí)現(xiàn)隔熱的功能。
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TB383.2

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本文編號：2562201