溶胶-凝胶法制备AZO薄膜及Al掺杂机理的研究

采用溶胶-凝胶法和浸渍提拉法成功制备了Al掺杂ZnO薄膜(以下简称AZO薄膜)。用X射线衍射仪(XRD)、场发射扫描电镜(FE-SEM)、分光光度计、霍尔(Hall)测量仪,分别研究了不同Al的掺杂浓度对薄膜的结晶性能、微观形貌和光电性能的影响,探讨了Al的掺杂机理。结果表明,Al的掺杂存在最佳值,当Al掺杂摩尔浓度为5%时,AZO薄膜的结晶性能、微观形貌和光电性能最佳,其透光率在80%以上,电阻率为2.1×102Ω·cm,霍尔迁移率为0.23cm2/V·s,载流子浓度为7.81×1014cm-3。     

Li-Cu共掺杂ZnO纳米薄膜的溶胶凝胶法制备

采用溶胶-凝胶法,通过调整氯化锂和氯化铜的摩尔比在不同基片上制备了不同Li-Cu共掺杂浓度的ZnO薄膜.利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、紫外可见光分光光度计和伏安特性测试等表征了薄膜的结晶状况、表面形貌及光电特性.结果表明:所得Li-Cu共掺杂ZnO薄膜为六角纤锌矿多晶结构,有CuO杂质相生成.随Li和Cu摩尔比增加,共掺杂ZnO薄膜结晶度增强,晶粒长大,样品表面不平整度增加.CuO颗粒的出现,使得共掺杂ZnO薄膜透射率降低,透光性较差.Li与Cu摩尔比为1∶1时,共掺杂ZnO薄膜的综合导电性最好.     

溶胶-凝胶法生长(002)高度择优取向的ZnO:Al薄膜

采用溶胶-凝胶法在石英衬底上制备了高度择优取向的ZnO:Al薄膜.用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)分别对薄膜结构和形貌进行了表征,用紫外-可见透射光谱和四探针研究了薄膜的光电性能.结果表明:制备的ZnO:Al薄膜为六角纤锌矿结构,且具有明显的c轴择优取向;Al离子的掺杂浓度和退火温度对薄膜的结构、光电性能有一定的影响,薄膜在可见光区的光透过率为80%～95%;Al的掺杂浓度为1%样品在600℃下空气中退火1h后,薄膜最低的电阻率为7.5×10-2Ω·cm.     

铝离子掺杂氧化锌薄膜的溶胶-凝胶法制备及性能

运用室温溶胶-凝胶技术和热处理工艺,在载玻片上制备了铝离子掺杂的ZnO薄膜.采用X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对薄膜的成分、结构和形貌进行了表征;采用紫外-可见光分光光度计对薄膜的透光性能进行了研究.结果表明,所制备的氧化锌薄膜为六方纤锌矿结构,沿C轴方向择优生长;铝离子的掺杂没有改变氧化锌的基本结构,所掺杂的铝离子为取代锌离子的替位掺杂;热处理后,氧化锌颗粒为六角形针(柱)状形貌;随着热处理温度的升高,薄膜的透光率增大;经600℃热处理后随着铝离子掺杂浓度的增加,薄膜的透光率先增大后减小,当铝离子掺杂浓度为2%时透光率最大;当铝离子掺杂浓度较大时,晶格畸变的影响使薄膜的透光率减小.当溶胶浓度为0.6mol/L、铝离子掺杂浓度为2%和热处理温度为600℃时,所制备薄膜的质量和性能最好.     

溶胶-凝胶法生长（002）高度择优取向的ZnO∶Al薄膜

采用溶胶-凝胶法在石英衬底上制备了高度择优取向的ZnO∶Al薄膜。用X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）分别对薄膜结构和形貌进行了表征,用紫外-可见透射光谱和四探针研究了薄膜的光电性能。结果表明：制备的ZnO∶Al薄膜为六角纤锌矿结构,且具有明显的c轴择优取向;Al离子的掺杂浓度和退火温度对薄膜的结构、光电性能有一定的影响,薄膜在可见光区的光透过率为80%~95%;Al的掺杂浓度为1%样品在600℃下空气中退火1h后,薄膜最低的电阻率为7.5×10-2Ω.cm。     

Cu-Al共掺磁控溅射ZnO薄膜的结构和性能研究

利用FJL560CI2型磁控溅射仪,通过改变掺杂所用的铜丝长度而保持铝丝长度不变,制备了掺杂浓度和掺杂比例不同的Cu-Al共掺ZnO薄膜。通过X射线衍射图谱来分析薄膜样品的微观结构特征,采用扫描电子显微镜观察了样品的表面形貌,样品的电学性能和光学性能分别利用HMS-2000霍尔效应测试仪和UV-3600分光光度计来测试。结果表明,向ZnO薄膜中掺杂铜铝能够将ZnO薄膜的电阻率从108数量级降到10-2数量级,而对其在可见光范围内的优良透过率几乎没有影响,Cu-Al共掺是获得透明导电ZnO薄膜的一种有效方式。     

N_2流量对HiPIMS制备Al-N共掺杂ZnO薄膜的性能影响

采用高功率脉冲反应磁控溅射(HiPIMS)在玻璃基底上沉积Al-N共掺氧化锌(ZnO)薄膜,研究氮气(N_2)流量对Al-N共掺杂ZnO薄膜的晶体结构、表面形貌和电学性质的影响。测量结果表明,N_2流量对掺杂的ZnO薄膜电导率类型转变和光电性能有很大影响:当N_2流量为8 mL/min时,掺杂ZnO薄膜在可见光波段透过率大于85%,薄膜导电类型为n型;随着N_2流量的增加,薄膜经历n-p-n型的转变过程。当N_2流量为20 mL/min时,掺杂的ZnO结晶性最好,晶体缺陷少、XRD衍射峰半峰宽(FWHM)最小、表面粗糙度也低,为p-ZnO。薄膜电学性能测量显示:载流子浓度、迁移率、电阻率分别为5.47×10~(17)cm~(-3)、2.7 cm~2/Vs、4.51Ωcm。     

溶胶凝胶法制备Cu掺杂ZnO纳米薄膜及其表征

采用溶胶-凝胶法制备了不同Cu掺杂浓度的ZnO薄膜,并通过X射线衍射仪、扫描电子显微镜、紫外可见分光光度计和伏安特性测试等研究了Cu掺杂量对薄膜微观结构、表面形貌及光电特性的影响。结果表明:所得Cu掺杂ZnO薄膜为六角纤锌矿多晶结构,有CuO杂质相生成。随Cu掺杂量的增加,薄膜晶粒长大,且样品粒度均匀,平均粒径约53 nm。Cu掺杂ZnO薄膜具有良好的透光性,在可见光范围内的平均透射率超过80%,最大可达90%以上。Cu掺杂浓度为0.001%时,所得ZnO薄膜的导电性明显优于其他掺杂条件下的样品。     

共掺浓度对Na-Al共掺杂ZnO薄膜微观结构和光电性能的影响

在石英玻璃衬底上,通过溶胶-凝胶旋涂法制备得到钠铝(Na-Al)共掺氧化锌(ZnO)薄膜(NAZO)。研究不同NaAl共掺杂浓度对ZnO薄膜的结晶性、微观结构、光电性能的影响。结果表明:所有NAZO薄膜样品都沿c轴择优取向生长;适当的Na-Al共掺浓度,可以提高ZnO薄膜结晶性,提高薄膜的载流子迁移率;同时还可以观察到NAZO薄膜表面生长出六角柱状结构晶粒。随着Na-Al元素掺杂浓度的改变,所获薄膜的最高平均光学透过率达到95%。由于元素间固溶比的不同,适当的浓度可以提高Na-Al元素的掺杂效率和薄膜内部的载流子浓度,降低薄膜电阻率,NAZO薄膜最低电阻率为4.7×10-2Ω·cm。     

溶胶-凝胶法制备Na/Mg共掺ZnO薄膜的特性研究

利用溶胶-凝胶旋涂法制备了Na/Mg共掺ZnO薄膜。通过与未掺杂及只掺Mg的ZnO薄膜的对比分析,重点研究了Na/Mg共掺ZnO薄膜的结构、光学及电学特性。扫描电子显微镜(SEM)图像、X射线衍射(XRD)图谱、透射光谱及PL谱的分析结果表明,Na/Mg共掺有利于提高ZnO薄膜的结晶特性及c轴择优取向性。Na/Mg共掺会使得ZnO薄膜的禁带宽度增加,但增加的幅度小于单独掺Mg引起的禁带宽度增加。消除氧空位缺陷后,Na/Mg共掺ZnO薄膜将是一种很好的紫外发光材料。霍尔效应分析结果表明,Na/Mg共掺杂可将ZnO薄膜导电性从N型转变为P型,且使电阻率有很大幅度的增加。