Zn0.9Mg0.1O:Ga宽带隙导电膜的 PLD制备及性能研究

利用脉冲激光沉积法(PLD)制备了Ga掺杂的Zn0.9Mg0.1O(ZMOGa)宽带隙透明导电薄膜.采用各种分析手段研究了沉积温度和真空退火处理对薄膜结构、表面形貌及光电性能的影响.结果表明,制备的薄膜具有ZnO(002)择优取向;200℃下沉积的薄膜通过3×10-3Pa的真空400℃退火2h后,其电阻率由8.12×10-4Ω·cm减小到4.74×10-4Ω·cm,禁带宽度则由原来的3.83eV增加到3.90eV.退火处理增强了薄膜的择优取向和结晶度、增加了禁带宽度、提高了载流子浓度并使其透射谱线的光学吸收边发生蓝移现象.     

Cr掺杂ZnO薄膜晶体结构及光学性能的研究

采用磁控溅射法在载玻片上制备了不同Cr掺杂浓度的ZnO薄膜,并对其紫外发光性能做了初步研究.XRD结果表明,所制备的样品具有纤锌矿结构,呈c轴择优取向生长;透射谱表明,改变Cr掺杂浓度可以使ZnO薄膜的吸收边向短波方向移动,并且薄膜的禁带宽度连续可调;光致发光(PL)谱表明,所有样品的PL谱由发光中心位于370nm的紫外发光峰组成,且该峰的峰位蓝移,与吸收边缘移动的结果吻合.2.0%(原子分数,下同)的Cr掺杂可以提高ZnO的紫外发光强度,而过量的Cr掺杂反而会降低其紫外发光强度.     

退火对ZnO/Cu/ZnO透明导电薄膜性能的影响

室温下利用磁控溅射制备了ZnO/Cu/ZnO透明导电薄膜,采用X射线衍射(XRD)、原子力显微镜(AFM)、扫描电子显微镜(SEM)、霍尔效应测量仪和紫外-可见分光光度计研究了薄膜的结构、形貌、电学及光学等性能与退火温度之间的关系。结果表明:退火前后薄膜均具有ZnO(002)择优取向,随着退火温度的升高,薄膜的晶化程度、晶粒粒径及粗糙度增加,薄膜电阻率先降低后升高,光学透过率和禁带宽度先升高后降低。150℃下真空退火的ZnO/Cu/ZnO薄膜的性能最佳,最高可见光透光率为90.5%,电阻率为1.28×10-4Ω·cm,载流子浓度为4.10×1021cm-3。     

衬底温度和氢气退火对ZnO:Al薄膜性能的影响

采用射频磁控溅射法在石英玻璃衬底上制备了性能良好的透明导电ZnO:Al薄膜,并研究了衬底温度和氢气退火对薄膜结构和光电性能的影响。结果表明,衬底加热可以改善薄膜结晶质量和c轴择优取向,减小内应力,并提高其电学性能。经稀释氢气退火后,500℃沉积的薄膜电阻率由9.4×10-4Ω.cm减小到5.1×10-4Ω.cm,迁移率由16.4cm2.V-1.s-1增大到23.3 cm2.V-1.s-1,载流子浓度由4.1×1020cm-3提高到5.2×1020cm-3,薄膜的可见光区平均透射率仍达85%以上。禁带宽度随着衬底温度的升高和氢气退火而展宽。     

离子注入法制备N掺杂p型ZnO薄膜

采用离子注入技术对射频磁控溅射制备的ZnO薄膜进行N掺杂,通过退火实现了ZnO薄膜的p型转变.利用X射线衍射(XRD)和Hall实验对样品热退火前后的性能进行了研究.实验数据表明,该掺杂方法能得到稳定的p型ZnO薄膜,其电学性能随热退火温度的升高和时间的延长而进一步改善,其中在950℃、7min退火条件时,载流子浓度为1.68E 16cm-3,电阻率为41.5Ω·cm.     

溶胶-凝胶法制备Y掺杂ZnO薄膜及其光电性能研究

采用溶胶-凝胶法在玻璃衬底上制备了不同掺Y浓度的ZnO透明导电薄膜。X射线衍射(XRD)表明,所制备的Y掺杂ZnO透明导电薄膜为六角纤锌矿结构的多晶薄膜,且具有C轴择优取向。随着Y掺杂浓度的升高,(002)峰向低角度方向移动。UV透射曲线表明,薄膜在可见光区(400～800nm)的平均透过率超过85%,具有明显的紫外吸收边,通过改变Y的掺入浓度,可以使吸收边向短波方向移动,从而使薄膜的禁带宽度可调。制备的Y掺杂ZnO薄膜电阻率最小值为3.68×102Ω·cm。     

Ar流量对磁控溅射制备Al掺杂ZnO薄膜的影响

Al掺杂ZnO(AZO)具有电导率高、光学透射率高的优点,且原料来源丰富、制备成本低廉,被认为是最有应用潜力的透明导电薄膜。本文利用射频磁控溅射制备30 cm×30 cm尺寸大面积AZO薄膜,研究了气压恒定时,Ar流量对薄膜晶粒生长机制、电学和光学性能的影响。结果表明,AZO薄膜晶粒均表现出垂直基片方向的c轴择优取向生长,随Ar流量增大取向变弱;薄膜表面晶粒尺寸大小分布不均匀,随Ar流量增大,大晶粒数量增多,表面出现长度为100 nm、宽度为30 nm的棒状晶;随着Ar流量增大,载流子浓度由4.52×1020 cm-3略微增大至6.2×1020 cm-3,霍尔迁移率由4.79 cm2(/V·s)提升至10.46 cm2(/V·s),电阻率在Ar流量94 mL/min时达到最低值1.01×10-3Ω·cm。薄膜可见光平均透射率均大于78%,禁带宽度约3.8 eV。     

掺钼氧化锌透明导电薄膜光学性质研究

采用直流磁控反应溅射制备了掺钼氧化锌透明导电薄膜。研究了掺钼氧化锌薄膜的结构、表面形貌及其光学和电学性能。原子力显微镜扫描显示薄膜表面较为平整致密。制备出的掺钼氧化锌薄膜最低电阻率为9.4×10-4Ω.cm,相应载流子迁移率为27.3cm2V-1s-1,载流子浓度为3.1×1020cm-3。在可见光区域的平均透射率大于85%,折射率(550nm)为1.853,消光系数为7.0×10-3。通过调节氧分压可以调节薄膜载流子浓度,禁带宽度随载流子浓度的增加由3.37增大到3.8eV,薄膜的载流子有效质量m*为0.33倍的电子质量。     

反应磁控溅射法制备氧化铟锡钽薄膜

利用掺锡氧化铟(ITO)靶和Ta2O5靶双靶共溅法制备了氧化铟锡钽(ITTO)薄膜,研究了在不同衬底温度和退火温度下ITTO薄膜的微结构和光电性能。ITTO薄膜具有更好的晶化程度和较低的表面粗糙度,不同的处理过程导致了晶面择优取向的转变。室温下制备的ITTO薄膜展示了较好的光电性能,提高衬底温度和合理的退火处理可以显著地提高薄膜的光电特性。载流子浓度对于近红外反射、近紫外吸收和光学禁带宽度具有重要的影响。ITTO薄膜具有较宽的光学禁带宽度。在优化制备条件下,可以获得方阻10～20Ω/□、可见光透过率大于85%以及光学禁带宽度大于4.0eV的ITTO薄膜。     

氧化锌掺钇透明导电薄膜的制备及光电特性研究

采用射频磁控溅射法,室温下在玻璃衬底上制备出了具有良好附着性、低电阻率和高透过率的新型透明导电薄膜YZO(ZnO掺杂Y2O3简称YZO)。在薄膜厚度为600nm的情况下,研究了薄膜电学特性随溅射功率和溅射气压的变化情况。X射线衍射谱表明YZO薄膜是多晶膜,具有ZnO的六角纤锌矿结构,最佳取向为(002)方向。最佳溅射条件下制备的薄膜电阻率为8.71×10-4Ω.cm,在可见光范围内平均透过率达到92.3%,禁带宽度为3.57eV。