本文關(guān)鍵詞：放電等離子燒結(jié)摻鎵氧化鋅陶瓷及其物性研究

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【摘要】：隨著材料科學(xué)的迅速發(fā)展,透明導(dǎo)電薄膜已經(jīng)應(yīng)用于半導(dǎo)體、太陽(yáng)能等領(lǐng)域,特別是在高清平板顯示器、觸控面板、薄膜太陽(yáng)能電池等方面有巨大的應(yīng)用。目前,研究最為廣泛的透明導(dǎo)電薄膜是氧化錫摻雜氧化銦(ITO)薄膜。因?yàn)檠趸a具有一定的毒性、金屬銦屬于稀缺資源且價(jià)格昂貴,所以ITO薄膜的大規(guī)模應(yīng)用受到了一定的制約,因此開(kāi)發(fā)具有性質(zhì)優(yōu)良的透光導(dǎo)電薄膜材料已經(jīng)成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)。而摻鎵氧化鋅(ZnO:Ga;GZO)薄膜不僅價(jià)格較為低廉、原料豐富,而且不具毒性、化學(xué)穩(wěn)定性好,有優(yōu)異的發(fā)展?jié)摿?有望成為氧化銦摻雜氧化錫薄膜的替代材料。因此,摻鎵氧化鋅薄膜成為了一種很有前途的透明導(dǎo)電薄膜。制備致密、性能良好的摻鎵氧化鋅陶瓷靶材是獲得高質(zhì)量摻鎵氧化鋅薄膜的前提。本文針對(duì)傳統(tǒng)高溫固相燒結(jié)GZO陶瓷的致密性差、導(dǎo)電性能不佳、燒結(jié)溫度高、燒結(jié)周期長(zhǎng)等問(wèn)題,以制備摻鎵氧化鋅陶瓷靶材為目的,采用放電等離子燒結(jié)方法,燒結(jié)出了鎵摻雜濃度為0.075wt%(有潛在的閃爍應(yīng)用)、尺寸為?20mm?(2~3)mm的GZO導(dǎo)電陶瓷,分析討論了燒結(jié)過(guò)程中燒結(jié)條件對(duì)陶瓷質(zhì)量及性能的影響,確定了最佳燒結(jié)工藝。并通過(guò)X射線衍射、密度測(cè)量、掃描電子顯微鏡、霍爾效應(yīng)和光致發(fā)光譜等手段,對(duì)燒結(jié)的陶瓷分別進(jìn)行了測(cè)試和性能表征。本文研究表明:鎵摻雜濃度為0.075wt%的GZO陶瓷的密度、晶粒尺寸和導(dǎo)電性受燒結(jié)溫度和燒結(jié)時(shí)間的影響較大。經(jīng)研究得到GZO陶瓷最佳制備工藝為燒結(jié)溫度1100℃、燒結(jié)時(shí)間9分鐘、升溫速度10℃/min;GZO陶瓷的密度隨著燒結(jié)溫度的升高逐漸增大,在1100℃時(shí)陶瓷的密度幾乎達(dá)到最大值;隨著燒結(jié)時(shí)間的增加陶瓷的密度先逐漸增大后略有減小,陶瓷的最大密度為5.59g/cm3,達(dá)到了理論密度的99.6%,由此可以看出陶瓷具有良好的質(zhì)量;晶粒隨燒結(jié)溫度的升高而逐漸長(zhǎng)大;陶瓷的電阻率隨溫度的升高而逐漸減小,表現(xiàn)出半導(dǎo)體導(dǎo)電特性,但溫度過(guò)高反而降低了陶瓷的導(dǎo)電性能,其最佳電學(xué)性能參數(shù)為:電阻率2.498×10-3Ω·cm,載流子濃度3.316×1019cm-3,霍爾遷移率64cm2v-1s-1;氫氣條件下退火可降低陶瓷的電阻率,提高陶瓷的電學(xué)性能;對(duì)不同燒結(jié)條件的GZO陶瓷進(jìn)行了光致熒光光譜的測(cè)試,并初步進(jìn)行了分析;本文還對(duì)GZO陶瓷閃爍性能的測(cè)試進(jìn)行了初步的探索,其衰減時(shí)間為0.27ns。本文在較低的燒結(jié)溫度和較短的燒結(jié)時(shí)間條件下燒結(jié)出了致密性高、電學(xué)性能優(yōu)良的摻鎵氧化鋅陶瓷,這為GZO陶瓷的進(jìn)一步開(kāi)發(fā)和應(yīng)用提供了實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。
【關(guān)鍵詞】：摻鎵氧化鋅陶瓷 放電等離子燒結(jié) 燒結(jié)工藝 電學(xué)性能
【學(xué)位授予單位】：北京工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TQ174.1
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第1章 緒論9-23
• 1.1 引言9-10
• 1.2 ZnO材料的概述10-18
• 1.2.1 ZnO的基本性質(zhì)10-11
• 1.2.2 ZnO的晶格結(jié)構(gòu)11-13
• 1.2.3 ZnO的能帶結(jié)構(gòu)13-14
• 1.2.4 ZnO的本征缺陷14-15
• 1.2.5 ZnO的發(fā)光性質(zhì)15-16
• 1.2.6 ZnO的電學(xué)性質(zhì)16-18
• 1.3 ZnO摻Ga（GZO）陶瓷的研究現(xiàn)狀18-20
• 1.3.1 GZO陶瓷的燒結(jié)方法18-19
• 1.3.2 GZO陶瓷的研究現(xiàn)狀19-20
• 1.4 本論文的研究?jī)?nèi)容20-23
• 第2章 GZO陶瓷制備及表征的方法與原理23-33
• 2.1 GZO陶瓷的制備方法與原理23-27
• 2.1.1 實(shí)驗(yàn)材料23
• 2.1.2 實(shí)驗(yàn)儀器23-24
• 2.1.3 GZO陶瓷的制備24-27
• 2.2 GZO陶瓷表征的方法與原理27-32
• 2.2.1 X射線衍射27-28
• 2.2.2 掃描電鏡測(cè)試28-29
• 2.2.3 霍爾效應(yīng)測(cè)試29-30
• 2.2.4 差熱掃描量熱法30
• 2.2.5 光致熒光光譜測(cè)試30-31
• 2.2.6 密度的測(cè)量31-32
• 2.3 本章小結(jié)32-33
• 第3章 GZO陶瓷的制備工藝與性能測(cè)試33-51
• 3.1 GZO陶瓷制備參數(shù)的擬定33-34
• 3.2 燒結(jié)溫度對(duì)GZO陶瓷性能的影響34-38
• 3.2.1 燒結(jié)溫度對(duì)GZO陶瓷物相結(jié)構(gòu)的影響34-35
• 3.2.2 燒結(jié)溫度對(duì)GZO陶瓷密度的影響35
• 3.2.3 燒結(jié)溫度對(duì)GZO陶瓷斷口形貌的影響35-36
• 3.2.4 燒結(jié)溫度對(duì)GZO陶瓷電學(xué)性能的影響36-38
• 3.3 燒結(jié)時(shí)間對(duì)GZO陶瓷性能的影響38-42
• 3.3.1 燒結(jié)時(shí)間對(duì)GZO陶瓷物相結(jié)構(gòu)的影響38-39
• 3.3.2 燒結(jié)時(shí)間對(duì)GZO陶瓷密度的影響39-40
• 3.3.3 燒結(jié)時(shí)間對(duì)GZO陶瓷斷口形貌的影響40-41
• 3.3.4 燒結(jié)時(shí)間對(duì)GZO陶瓷電學(xué)性能的影響41-42
• 3.4 升溫速度對(duì)GZO陶瓷電學(xué)性能的影響42-43
• 3.5 退火對(duì)GZO陶瓷電學(xué)性能的影響43-46
• 3.5.1 氧氣和氫氣退火對(duì)GZO陶瓷電學(xué)性能的影響43-44
• 3.5.2 未退火和氧氣退火對(duì)GZO陶瓷電學(xué)性能的影響44-46
• 3.6 不同燒結(jié)條件對(duì)GZO陶瓷光致發(fā)光的影響46-47
• 3.7 摻雜濃度對(duì)GZO陶瓷電學(xué)性能影響的分析47-48
• 3.8 關(guān)于GZO陶瓷閃爍性能的研究48-50
• 3.9 本章小結(jié)50-51
• 結(jié)論51-53
• 參考文獻(xiàn)53-57
• 攻讀碩士學(xué)位期間申請(qǐng)的專利和發(fā)表的論文57-59
• 致謝59

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