發(fā)布時間：2018-04-30 17:24

  本文選題：ZnO薄膜 + 溶膠-凝膠法�。� 參考：《山東大學》2011年博士論文

【摘要】：透明導電氧化物薄膜具有禁帶寬、可見光范圍內(nèi)透過率高和電阻率低等優(yōu)點,在液晶顯示器、太陽能電池、觸摸屏面板以及光電器件等領域得到廣泛應用。目前,常用的是錫摻雜氧化銦透明導電薄膜,但是銦為稀缺資源。因此探索和研究其它性能優(yōu)良的透明導電薄膜材料成為研究的熱點之一。 ZnO是一種Ⅱ-Ⅵ族直接寬帶隙半導體材料,納米量級的氧化鋅具有納米材料和優(yōu)異半導體材料性能,在液晶顯示器保護膜、太陽能光伏電池、保護層、光電傳感器、氣敏器件、光譜發(fā)射和光催化等方面有表現(xiàn)出潛在應用價值。由于氧化鋅不具有毒性,且原料豐富制備成本較低,近幾年成為透明導電薄膜研究的熱門材料。其中,Al離子摻雜的ZnO (ZAO)薄膜具有良好的光學和電學性能,熱穩(wěn)定性好,受到研究者廣泛關注。 制備薄膜的方法有多種,常用的有溶膠—凝膠法、激光脈沖沉積法、水熱法、化學氣相沉積法和磁控濺射法等。其中基于溶液的溶膠-凝膠法、水熱法的薄膜制備方法,具有操作簡單、不需要貴重儀器、價格低廉的優(yōu)點,但所制備的薄膜電學性能較差,制備過程有待改進。本文選用Al離子摻雜ZnO透明導電薄膜為研究對象,采用溶膠—凝膠法和水熱法,控制溶膠濃度、Al離子摻雜濃度、預處理溫度、退火溫度、退火氣氛等反應參數(shù),制備了ZAO薄膜。借助于X-射線衍射、掃描電鏡等測試手段,分析了薄膜的微觀結構和物相組成,探討和研究了薄膜的形成過程和機制；采用霍爾效應測試儀、紫外-可見分光光度計、熒光光譜等測試手段表征和探討了薄膜的電學性能和光學性能；嘗試進行了在溶膠中加入離子液體對薄膜性能影響的研究。具體研究內(nèi)容如下： (1)采用溶膠—凝膠法在玻璃襯底上制備出了性能良好的Al離子摻雜ZnO透明導電薄膜,研究了溶膠濃度、Al離子摻雜濃度、預處理溫度、退火溫度、退火氣氛對薄膜光電性能的影響。研究結果發(fā)現(xiàn),溶膠濃度的增加有助于薄膜結晶性能的提高。薄膜的電阻率隨Al離子摻雜濃度的增加先減小后增加。在A1離子摻雜濃度較低時,薄膜中載流子濃度隨A1離子摻雜濃度的增加而升高,但是過多的Al離子摻雜會在晶格間形成缺陷,降低載流子濃度和遷移率,使得薄膜電阻率升高。對薄膜制備過程中退火溫度和退火氣氛進行研究,發(fā)現(xiàn)當退火溫度升高時,原子具有足夠的能量在薄膜表面上成核并移動到低能量位置,使薄膜中缺陷減少,提高薄膜結晶質(zhì)量。退火氣氛可以引起本征缺陷類型和缺陷濃度的變化。氨氣還原性氣氛下退火,可以還原界面處的吸附氧行為,增加薄膜中氧空位的濃度,提高載流子濃度和霍爾遷移率,降低薄膜的電阻率。同時,氨氣氣氛下退火可以改善薄膜的微觀結構,使顆粒之間形成導電網(wǎng)絡,提高導電性能。所制備薄膜最低電阻率為4.401×10-4Ω·cm,相應載流子濃度和霍爾遷移率分別為2.895×1020cm-3和48.99 cm2/V·s,在可見光范圍內(nèi)透過率為83%。 (2)采用水熱法制備了ZAO薄膜。研究了反應時間和A1離子摻雜濃度對ZAO薄膜的結構、光學和電學性質(zhì)的影響。結果表明,Al離子摻雜濃度對薄膜的形貌影響很大,得到了幾種不同形態(tài)的ZAO薄膜結構。水熱反應時間對薄膜的結晶性和形貌也有明顯影響。通過控制反應時間,得到了非晶薄膜和多晶薄膜。測試結果表明,非晶薄膜可見光透過率較高。 (3)利用離子液體表面張力低、粘度大的特點,在溶劑體系中添加離子液體,采用溶膠一凝膠法制備出性能良好的透明導電薄膜。測試結果表明離子液體的加入,可以減少鍍膜層數(shù),同時薄膜生長取向也發(fā)生改變。所制備出的透明導電薄膜,薄膜的電阻率最小為4.7×10-2Ω.cm,載流子濃度、霍爾遷移率分別為1.929×1018cm-3,和67.79 cm2/V·s。
[Abstract]:Transparent conductive oxide films are widely used in the fields of liquid crystal display , solar cell , touch screen panel and photoelectric device .

ZnO is a kind of direct wide band gap semiconductor material of type 鈪，

本文編號：1825486