【摘要】：透明導電薄膜(Transparent Conductive Film)具有良好的光電性能,被廣泛的應用于液晶顯示器、透明電極太陽能電池以及各類光電器件中,其中應用最為廣泛的是氧化物透明導電(Transparent Conductive Oxide,簡稱TCO)薄膜。其中ITO薄膜因其有毒且價格昂貴,限制了其應用范圍。ZnO(Zinc oxide,簡稱ZnO)基薄膜因其自身的優(yōu)點被開發(fā)研究后,已實現(xiàn)取代ITO薄膜的目的。氧化鋅是具有六角纖鋅礦結構的金屬氧化物。室溫下具有禁帶寬度為3.37 eV的直接帶隙,ZnO材料的激子束縛能比較高(約為60meV),性能穩(wěn)定,不易與其他物質發(fā)生反應,被應用在光電器件中,因此選擇合適的制備方法合成優(yōu)異的ZnO薄膜材料成為研究熱點。本文采用溶膠-凝膠法(Sol-Gel),選用乙二醇甲醚作為溶劑,乙酸鋅為體系前驅物,九水合硝酸鋁和結晶四氯化錫作為摻雜劑提供Al源和Sn源,乙醇胺作為制備膠體的穩(wěn)定劑,使用涂覆制膜法在襯底上經過熱處理成功制備了未摻雜ZnO薄膜、Al摻雜ZnO薄膜和Sn-Al共摻ZnO復合薄膜。通過對本征ZnO制備工藝條件的研究得出預處理溫度為180℃、襯底為Si片時,制備的薄膜性能最好。采用X射線衍射儀(X-ray diffraction,簡稱XRD)、掃描電子顯微鏡(Scanning electron microscope,簡稱SEM)、紫外可見分光光度計(Ultraviolet visible spectrophotometer,簡稱UV-Vis)、光致發(fā)光譜(Photoluminescence,簡稱PL譜)等測試手段對樣品進行表征,分別對半導體薄膜的晶格參數(shù)、晶體結構、結晶質量、薄膜微觀形貌、光學透過率及其禁帶寬度進行了分析與研究,同時還對薄膜的電學性能進行分析和研究。結果表明:(1)向ZnO薄膜中引入Al和Sn兩種元素,不改變薄膜的晶格結構,對薄膜的C軸擇優(yōu)取向及晶粒尺寸有一定的影響;(2)Al摻雜ZnO薄膜,薄膜的擇優(yōu)取向變好,晶粒變小,禁帶寬度變大,表面光滑平整,薄膜的透過率均在90%以上,電阻率也都較低。(3)Sn-Al共摻ZnO薄膜,Sn的摻入改善了薄膜的光學性能,使薄膜的透過率進一步提高,電學性能更佳。
【學位授予單位】：遼寧師范大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TB383.2
【圖文】：

溶膠-凝膠旋涂法制備Sn-Al共摻 ZnO 薄膜及光電性能研究是取代 Zn 或 O 的位置，但是不改變晶格結構。而且由于其結構軸取向生長，ZnO 的構成原子配位的不對稱性使它具有壓電及熱電O 薄膜組分或缺陷發(fā)生改變，使其獲得良好的電學性能和優(yōu)異的之中，從而提高 ZnO 的應用范圍。

遼寧師范大學碩士學位論文藝上介紹的制備工藝以外，實驗室中常見的薄膜制備工藝]還包括(Melt growth )、水熱生長法(Hydrothermal)、陽極氧化法等[29,30]膠工藝的簡介膠的原理散體系[31]指離子大小在 1-100nm 范圍內的體系，無論氣體、液體成膠體，具有及其特殊的物理、化學特性。溶膠凝膠法利用這一醇溶液中經過化學物理反應形成膠體溶液，然后利用凝膠方法制著溶膠凝膠技術的不斷發(fā)展、市場需求的不斷提高，能夠制備更料應用在不同領域，包括材料、生物材料、陶瓷、光學等領域。.1 所示：

不同雜質的同時引入可以改善薄膜材料的光電性能。（5）該工藝可以在不同形狀或種類的襯底上鍍膜，并且成膜區(qū)域比較大，在本論文中選用的旋涂法，可以明顯提高樣品的純度，合理的對樣品材料的厚度進行調節(jié)。即使溶膠凝膠法得到了廣泛的應用和快速的發(fā)展，具有很多的優(yōu)點，但是還存在一些缺點和不足：（1）溶膠凝膠工藝選用的溶劑大部分都是有機物，甚至具有毒性，可能對實驗人員的身體健康帶來危害，所以在試驗中一定要加以安全防護。（2）在熱處理過程中對于溫度的要求很高，選擇合適的溫度對于成膜質量很重要，實驗中各個工藝參數(shù)薄膜的質量產生影響，在試驗過程中需要對這些參量嚴格的控制。2.2.3 膠體的制備機理當溶質溶解在溶劑中后，一般會發(fā)生醇解或水解兩種化學反應，由兩種反應形成的產物再進行縮合則形成納米級溶膠，膠體老化后，膠粒之間緊密堆積排列逐漸形成三維網格狀結構，凝膠初步形成的標志是網格間填充著喪失流動性溶劑，凝膠在制備薄膜時要分別經干燥和退火后方可形成納米材料。

【參考文獻】

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1 王玉新;閻坤;叢彩馨;宋勇;孫景昌;吳齊;張興元;;超聲噴霧熱解法制備AZO薄膜及其光致發(fā)光性能研究[J];遼寧師范大學學報(自然科學版);2015年01期

2 廖亞琴;李愿杰;黃添懋;;透明導電薄膜現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J];東方電氣評論;2014年01期

3 胡仁杰;李合琴;李輝;張元元;謝炳超;;Al、Sn共摻雜ZnO薄膜(ZATO)的制備及性能研究[J];合肥工業(yè)大學學報(自然科學版);2013年12期

4 袁歡;徐明;黃勤珍;劉以良;張麗;;退火溫度和涂膜層數(shù)對溶膠-凝膠法制備ZnO薄膜微結構及光學特性的影響[J];人工晶體學報;2013年03期

5 吳云龍;成惠峰;余剛;王永斌;韓磊;付靜;;ITO透明導電薄膜厚度與光電性能的關系[J];材料科學與工程學報;2012年01期

6 劉漢法;張化福;王振環(huán);;薄膜厚度對TGZO透明導電薄膜光電性能的影響[J];真空科學與技術學報;2011年02期

7 宋立媛;唐利斌;姬榮斌;陳雪梅;劉新近;莊繼勝;王茺;楊宇;;溶膠-凝膠法制備Al~(3+)摻雜ZnO薄膜的結構和光學性能[J];紅外技術;2011年02期

8 孫惠娜;劉靜;高美珍;;溶膠-凝膠法制備ZnO:Sn(TZO)薄膜[J];功能材料與器件學報;2010年04期

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1 馬芳;共摻雜ZnO基透明導電薄膜的研究[D];山東建筑大學;2013年

2 楊皓;PLD法制備Ga摻雜ZnO薄膜結構與性能研究[D];南京理工大學;2013年

本文編號：2774991