發(fā)布時(shí)間：2017-08-04 15:09

  本文關(guān)鍵詞：透明氧化物半導(dǎo)體薄膜的制備及其光電特性的研究

  更多相關(guān)文章： 磁控濺射 ZnO:Ga靶材 NiO:Cu靶材 ZnO:Ga薄膜NiO:Cu薄膜 pn結(jié) Ⅰ-Ⅴ曲線 光電特性

【摘要】：以ZnO、Ga_2O_3、NiO、CuO等粉末為原料,采用固相反應(yīng)法制備了ZnO:Ga和NiO:Cu陶瓷靶材。研究了不同燒結(jié)溫度對(duì)ZnO:Ga和NiO:C u陶瓷靶材的致密度和摻雜比的影響。采用射頻磁控濺射鍍膜機(jī)在玻璃襯底上沉積了具有高度c軸擇優(yōu)取向的ZnO:Ga和NiO:Cu透明半導(dǎo)體薄膜。探索了濺射功率、氬氣流量、濺射壓強(qiáng)、襯底溫度和氧氣流量等工藝對(duì)ZnO:Ga和NiO:Cu薄膜的微結(jié)構(gòu)、光學(xué)性能和電學(xué)性能的影響。在最佳的成膜工藝下,在ITO玻璃襯底上沉積了ZnO:Ga和NiO:Cu膜,測(cè)試了ZnO:Ga和N iO:Cu膜的I-V特性曲線。主要實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下：(1)經(jīng)1500℃,4小時(shí)燒結(jié)的ZnO:Ga陶瓷靶材,其鎵鋅原子摻雜比為4.34%,其致密度高達(dá)98.84%。(2)經(jīng)1300℃,4小時(shí)燒結(jié)的NiO:Cu陶瓷靶材,其銅鎳原子摻雜比為9.96%,其致密度高達(dá)98.02%。(3)ZnO:Ga陶瓷靶材的燒結(jié)溫度超過(guò)1550℃時(shí),靶材致密度下降到96%；而鎵鋅原子摻雜比上升到18.67%,且鎵鋅原子摻雜比隨著燒結(jié)時(shí)間的增長(zhǎng)而升高。(4)在燒結(jié)過(guò)程中,當(dāng)燒結(jié)溫度高于1100℃時(shí),如升溫速率超過(guò)1℃/min,會(huì)導(dǎo)致NiO:Cu陶瓷靶材開裂、彎曲。(5)霍耳效應(yīng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,本文所制備的ZnO:Ga薄膜均為n型半導(dǎo)體。XRD測(cè)試結(jié)果顯示,在ZnO:Ga薄膜的XRD圖譜中,只含ZnO (002)的特征衍射峰。(6)ZnO:Ga薄膜的晶粒尺寸大小、載流子遷移率在濺射功率加大時(shí)上升；電阻率和光學(xué)透過(guò)率在濺射功率增加時(shí)候下降。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,ZnO:Ga薄膜的光學(xué)透過(guò)率均大于80%。(7) ZnO:Ga薄膜的晶粒尺寸、載流子遷移率和電阻率隨沉積過(guò)程中氬氣流量、濺射壓強(qiáng)、襯底溫度和氧氬比的變化而變化。當(dāng)氬氣流量為60SCCM時(shí),ZnO:Ga薄膜的晶粒尺寸較大,載流子遷移率較高,而電阻率較低。當(dāng)氬氣流量為80SCCM時(shí),ZnO:Ga薄膜的光學(xué)透過(guò)率較高。當(dāng)濺射壓強(qiáng)為0.35Pa時(shí),ZnO:Ga薄膜晶粒尺寸和載流子遷移率較大,而其電阻率較小。當(dāng)濺射壓強(qiáng)為2Pa時(shí),ZnO:Ga薄膜的光學(xué)透過(guò)率較高。當(dāng)襯底溫度為450℃時(shí),ZnO:Ga薄膜晶粒尺寸和載流子遷移率較大,而其電阻率較小。當(dāng)襯底溫度為350℃時(shí),ZnO:Ga薄膜的光學(xué)透過(guò)率較高。當(dāng)氧氬比為1：1時(shí),ZnO:Ga薄膜晶粒尺寸較小,其光學(xué)透過(guò)率較大。(8)霍耳效應(yīng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,本文所制備的NiO:Cu薄膜均呈現(xiàn)為p型半導(dǎo)體。(9)NiO:Cu薄膜的載流子遷移率、電阻率和光學(xué)透射率隨沉積過(guò)程中濺射功率、濺射壓強(qiáng)、襯底溫度和氧氬比的變化而變化。隨著濺射功率的增加,NiO:Cu薄膜的電阻率和載流子遷移率逐漸增大,光學(xué)透射率逐漸降低。XRD圖譜顯示,當(dāng)襯底溫度為350℃時(shí)NiO(111)衍射峰較強(qiáng),隨著襯底溫度的增加,NiO(111)衍射峰強(qiáng)度降低。提高襯底溫度導(dǎo)致電阻率和載流子遷移率先增高而后降低。薄膜的光學(xué)透過(guò)率隨襯底溫度的升高而升高。當(dāng)氧氬比為1：1時(shí),NiO (111)衍射峰較強(qiáng)；隨著氧氬比的升高,NiO薄膜樣品的電阻率先減小而后增大,載流子遷移率先增加后減小,薄膜的光學(xué)透過(guò)率隨氧氬比的升高而升高。(10)在n型ZnO:Ga薄膜上沉積p型NiO:Cu薄膜制成pn結(jié),并采用霍耳效應(yīng)裝置測(cè)量其I-V曲線,顯示出典型的pn結(jié)的I-V曲線。
【關(guān)鍵詞】：磁控濺射 ZnO:Ga靶材 NiO:Cu靶材 ZnO:Ga薄膜NiO:Cu薄膜 pn結(jié) Ⅰ-Ⅴ曲線 光電特性
【學(xué)位授予單位】：廣西大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TN304.055
【目錄】：

• 摘要4-7
• ABSTRACT7-15
• 第一章 緒論15-22
• 1.1 引言15-16
• 1.2 n型透明氧化物半導(dǎo)體薄膜16-19
• 1.3 p型透明氧化物半導(dǎo)體薄膜19-21
• 1.4 選題意義21-22
• 第二章 薄膜制備方法及其表征22-33
• 2.1 薄膜的不同制備方法分類22-27
• 2.1.1 磁控濺射法22
• 2.1.2 金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積法22-23
• 2.1.3 分子束外延23-24
• 2.1.4 溶膠凝膠法24
• 2.1.5 脈沖激光沉積法24-26
• 2.1.6 噴霧熱解法26
• 2.1.7 真空蒸鍍26-27
• 2.1.8 離子鍍27
• 2.2 磁控濺射原理和制備薄膜的實(shí)驗(yàn)過(guò)程27-29
• 2.2.1 磁控濺射原理27-28
• 2.2.2 薄膜制備的實(shí)驗(yàn)過(guò)程28-29
• 2.3 薄膜樣品的表征方法29-33
• 第三章 摻鎵氧化鋅和摻銅氧化鎳靶材的制備和性能分析33-52
• 3.1 靶材的研究現(xiàn)狀33-35
• 3.1.1 靶材的類型和當(dāng)前的問(wèn)題33-34
• 3.1.2 靶材的制備方法34-35
• 3.2 靶材制備實(shí)驗(yàn)過(guò)程35-37
• 3.3 ZnO：Ga靶材制備及性能分析37-45
• 3.3.0 燒結(jié)工藝37-39
• 3.3.1 不同燒結(jié)溫度ZnO：Ga靶材的物相分析39-40
• 3.3.2 不同燒結(jié)溫度對(duì)鎵鋅原子摻雜比影響的分析40-42
• 3.3.3 不同燒結(jié)溫度對(duì)靶材致密度的影響分析42-45
• 3.4 NiO：Cu靶材制備和性能分析45-51
• 3.4.1 燒結(jié)工藝45-47
• 3.4.2 不同燒結(jié)溫度NiO：Cu靶材的物相分析47-48
• 3.4.3 不同燒結(jié)溫度對(duì)銅鎳原子摻雜比的影響分析48-49
• 3.4.4 不同燒結(jié)溫度對(duì)靶材致密度的影響分析49-51
• 3.5 本章小結(jié)51-52
• 第四章 摻鎵氧化鋅薄膜制備及光電特性分析52-79
• 4.1 濺射功率對(duì)薄膜的影響52-65
• 4.1.1 濺射功率對(duì)ZnO：Ga薄膜微結(jié)構(gòu)的影響52-59
• 4.1.2 濺射功率對(duì)ZnO：Ga薄膜電學(xué)性能的影響59-64
• 4.1.3 濺射功率對(duì)ZnO：Ga薄膜光學(xué)性能的影響64-65
• 4.2 濺射氣體流量對(duì)于薄膜的影響65-68
• 4.2.1 濺射氣體流量與ZnO：Ga薄膜微結(jié)構(gòu)的關(guān)系65-66
• 4.2.2 濺射氣體流量與ZnO：Ga薄膜電學(xué)性能的關(guān)系66-67
• 4.2.3 濺射氣體流量與ZnO：Ga薄膜光學(xué)性能的關(guān)系67-68
• 4.3 濺射壓強(qiáng)68-71
• 4.3.1 濺射壓強(qiáng)對(duì)ZnO：Ga薄膜微結(jié)構(gòu)的影響68-69
• 4.3.2 濺射壓強(qiáng)對(duì)ZnO：Ga薄膜電學(xué)性能的影響69-70
• 4.3.3 濺射壓強(qiáng)對(duì)ZnO：Ga薄膜光學(xué)性能的影響70-71
• 4.4 襯底溫度71-74
• 4.4.1 襯底溫度對(duì)ZnO：Ga薄膜微結(jié)構(gòu)的影響71-73
• 4.4.2 襯底溫度對(duì)ZnO：Ga薄膜電學(xué)性能的影響73
• 4.4.3 襯底溫度對(duì)ZnO：Ga薄膜光學(xué)性能的影響73-74
• 4.5 氧氬比對(duì)薄膜的影響74-77
• 4.6 本章小結(jié)77-79
• 第五章 摻銅氧化鎳薄膜制備及光電特性分析79-99
• 5.1 濺射功率對(duì)薄膜的影響79-86
• 5.1.1 濺射功率對(duì)NiO：Cu薄膜微結(jié)構(gòu)的影響79-81
• 5.1.2 濺射功率對(duì)NiO：Cu薄膜電學(xué)性能的影響81-83
• 5.1.3 濺射功率對(duì)NiO：Cu薄膜光學(xué)性能的影響83-86
• 5.2 襯底溫度86-89
• 5.2.1 襯底溫度對(duì)NiO：Cu薄膜微結(jié)構(gòu)的影響86-87
• 5.2.2 襯底溫度對(duì)NiO：Cu薄膜電學(xué)性能的影響87-88
• 5.2.3 襯底溫度對(duì)NiO：Cu薄膜光學(xué)性能的影響88-89
• 5.3 氧氬比對(duì)薄膜的影響89-92
• 5.3.1 氧氬比對(duì)NiO：Cu薄膜微結(jié)構(gòu)的影響89-90
• 5.3.2 氧氬比對(duì)NiO：Cu薄膜電學(xué)性能的影響90-91
• 5.3.3 氧氬比對(duì)NiO：Cu薄膜光學(xué)性能的影響91-92
• 5.4 多層膜的制備92-98
• 5.4.1 多層膜的微觀結(jié)構(gòu)93-95
• 5.4.2 多層膜的Ⅰ-Ⅴ曲線95-98
• 5.5 本章小結(jié)98-99
• 第六章 總結(jié)與展望99-101
• 6.1 總結(jié)99-100
• 6.2 展望100-101
• 參考文獻(xiàn)101-110
• 致謝110-111
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表論文情況111

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