發(fā)布時間：2020-02-11 23:32

【摘要】：科技的進步使得輕薄顯示面板成為發(fā)展的趨勢,透明導(dǎo)電薄膜(TCO)作為顯示面板元件的重要組成部分,也成為近年來薄膜材料研究的熱點。高質(zhì)量的TCO薄膜須在可見光范圍內(nèi)具有較高的光學(xué)性能(透過率大于80%)及良好的導(dǎo)電性(電阻率低于10-3??cm)。目前在氣敏傳感器、發(fā)光二極管、太陽能電池及液晶顯示器等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的Sn摻雜In2O3(ITO)薄膜由于In資源短缺而不得不開發(fā)有效替代品。由于本征ZnO的導(dǎo)電性較差,通常摻雜Ⅲ族元素,如B3+、Al3+、Ga3+等,以提高其導(dǎo)電性及穩(wěn)定性。在摻雜ZnO薄膜材料中研究最熱的以Al元素及Ga元素為主,由于Ga3+的離子半徑與Zn2+的離子半徑最為接近,Ga-O鍵與Zn-O鍵相差不大,且GZO薄膜中殘余內(nèi)應(yīng)力較AZO更小等優(yōu)點。目前,GZO薄膜的理論研究還不夠完善,有必要對其進行深入研究。本文以石英玻璃為基底,采用FJL560D2型射頻磁控濺射法通過改變?yōu)R射氣壓、功率和基底偏壓等不同濺射工藝制備了高質(zhì)量GZO薄膜;在濺射后探討不同退火溫度對GZO薄膜的性能差異;并在傳統(tǒng)磁控濺射系統(tǒng)引入外加磁場,探討不同磁場強度對GZO薄膜的各項性能影響;使用X射線衍射儀(XRD)、掃描電子顯微鏡(SEM)、紫外-分光光度計(UV-vis)、四探針測試儀及霍爾測試儀等分析方法系統(tǒng)地研究了薄膜微觀結(jié)構(gòu)、表面形貌和光電性能的變化規(guī)律。實驗和分析表明:1.所制備GZO薄膜為六角纖鋅礦多晶結(jié)構(gòu),且在(002)晶向沿C軸擇優(yōu)取向,適當(dāng)提高濺射功率能夠增大薄膜的晶粒尺寸,提高其結(jié)晶質(zhì)量,使薄膜表面更加平整、致密;2.濺射功率對制備的GZO薄膜影響較大,當(dāng)濺射功率為150 W時薄膜的結(jié)晶質(zhì)量最佳,平均透過率超過85%,電阻率最低達(dá)到6.8×10-3??cm。濺射功率在一定范圍內(nèi)增大時,薄膜的晶粒尺寸增大,結(jié)晶性能更好,內(nèi)部缺陷和晶界對自由電子的散射較弱,在相同條件下,載流子的遷移率較高,薄膜的導(dǎo)電性也更好。3.基底偏壓未改變薄膜的生長方式,所有薄膜均在(002)晶面擇優(yōu)取向,且(002)衍射峰的強度隨著基底偏壓的增加而增強,其晶粒尺寸也隨之增大,晶體的結(jié)晶質(zhì)量得到提高,當(dāng)基底偏壓為150 V時,薄膜的透過率達(dá)到96%,電阻率也降至最低為4.55×10-4?·cm。4.400℃-800℃退火溫度范圍內(nèi)對GZO薄膜的生長方式影響較小,所制薄膜均在(002)晶向沿C軸擇優(yōu)取向,退火溫度對薄膜表面形貌影響較大,退火溫度為600℃時,薄膜表面致密、平整,結(jié)晶質(zhì)量最好,薄膜的透過率超過95%,電阻率最低為4.9×10-4?·cm。5.外加磁場強度對薄膜的晶體結(jié)構(gòu)影響較小,所制得的GZO薄膜結(jié)構(gòu)均為六角纖鋅結(jié)構(gòu)且在(002)方向沿C軸擇優(yōu)取向;然而對薄膜的光電性能具有較大影響,在可見光范圍內(nèi),薄膜的平均透光率超過93%,光學(xué)能隙均比本征Zn O的能隙要寬,即出現(xiàn)了“Moss-Burstein”效應(yīng)現(xiàn)象;薄膜的電學(xué)性能得到提升,其電阻率從4.96×10-3?·cm降至3.17×10-4?·cm,霍爾遷移率從7.36 cm2(V·S)增至9.53 cm2(V·S)。
【學(xué)位授予單位】：上海工程技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TB383.2

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