【摘要】：氧化鋅是寬帶隙n型半導(dǎo)體材料,具有高熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性.氧化鋅薄膜具有良好的導(dǎo)電能力,在可見光區(qū)具有高的透過率,這使其在光學(xué)和磁儲(chǔ)存設(shè)備,發(fā)光二極管,太陽能電池(透明導(dǎo)電電極),傳感器,表面聲波器件和化學(xué)傳感器等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用.本文利用磁控濺射方法,通過改變沉積參數(shù)制備了 ZnO薄膜和金屬摻雜的ZnO薄膜.利用X射線衍射(XRD),掃描電子顯微鏡(SEM),能量色散X射線衍射光譜(EDX),紫外-可見-近紅外(UV-VIS-NIR)分光光度計(jì),四探針電阻測試儀分別對(duì)薄膜的結(jié)構(gòu),表面形貌,成分,光學(xué)特性和電學(xué)特性進(jìn)行了研究.首先,利用射頻磁控濺射方法在Si(100)襯底上制備了不同沉積參數(shù)下的ZnO薄膜,XRD圖譜顯示,所有ZnO薄膜結(jié)晶性良好,并沿(002)方向擇優(yōu)生長.從薄膜結(jié)晶性的角度考慮,得到最佳制備條件如下:濺射功率為100W,工作壓強(qiáng)為1.2Pa,氬氧比為20:1,襯底溫度為400℃,沉積時(shí)間1.5h.用四探針法測得最佳條件下制備的ZnO薄膜電阻率為25.6Ω·cm.SEM測量表明,晶粒尺寸約為34.13nm,這與XRD計(jì)算的結(jié)果一致.通過AFM測量得到,最佳制備條件下制備的ZnO薄膜的表面粗糙度為21.9nm.通過UV-VIS-NIR分光光度計(jì)測得最佳制備條件下制備的ZnO薄膜的可見光區(qū)平均透過率為84.7%,平均反射率為25.7%.其次,在最佳制備條件下,利用射頻-直流磁控共濺射方法,通過改變摻雜靶材的濺射功率,制備了不同摻雜濃度的金屬摻雜的ZnO薄膜,摻雜金屬分別為釔(Y)、釩(V)以及銅錳合金(Cu-Mn).XRD圖譜顯示金屬摻雜的氧化鋅(M:ZnO)薄膜只有ZnO的衍射峰,表明金屬成功地?fù)饺隯nO薄膜的晶格中.EDX圖譜表明,隨著摻雜功率的增加,ZnO薄膜的摻雜濃度逐漸增大.隨著摻雜功率的增加,ZnO薄膜晶粒尺寸有所增大,結(jié)晶性增強(qiáng).與未摻雜的ZnO薄膜相比,摻雜的ZnO薄膜粗糙度減小,但隨著功率的增加,粗糙度有增大趨勢.Y的摻雜使得ZnO薄膜在可見光區(qū)透過率比未摻雜氧化鋅薄膜有所增加,平均透過率達(dá)到85.3%;對(duì)于V和Cu-Mn摻雜,隨著摻雜功率的增加,ZnO薄膜在可見光區(qū)的透過率逐漸下降,Cu-Mn摻雜的薄膜透過率下降尤為顯著.Y的摻雜使得ZnO薄膜在可見光區(qū)的平均反射率增大;V的摻雜使薄膜在可見光區(qū)的平均反射率維持在未摻雜薄膜的反射率上下,V摻雜功率60W時(shí),反射率明顯低于未摻雜樣品;Cu-Mn摻雜使薄膜反射率降低,最大反射率不超過20%.四探針法測得ZnO薄膜的電阻率表明,Y,V,和Cu-Mn摻雜都有利于改善薄膜的導(dǎo)電性,在最大摻雜功率處得到了最低的電阻率,分別為19.3,18.7,17.6 Ω·cm.
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２．１邋ＺｎＯ薄膜的制備方法逡逑采用射頻反應(yīng)磁控濺射法成功制備了結(jié)晶質(zhì)量良好的ＺｎＯ薄膜．實(shí)驗(yàn)中使逡逑用的沉積設(shè)備是超高真空磁控濺射鍍膜機(jī)（ＦＪＬ４５０），，圖２．１為濺射系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意逡逑圖．逡逑｛邋＂１逡逑＼邐薄摸逡逑＼邋ｙ邐靶材原子逡逑電子—磁場邐一Ｉ＿．逡逑７７逡逑靶材邐１逡逑＼邐ｗ邋極邐ｊ邋＇逡逑＼……ｉｒ邐Ｉ邐邐氣系統(tǒng)逡逑Ｙ

本文編號(hào)：2596169