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

【摘要】：透明導(dǎo)電氧化物薄膜具有禁帶寬、可見光范圍內(nèi)透過(guò)率高和電阻率低等優(yōu)點(diǎn),在液晶顯示器、太陽(yáng)能電池、觸摸屏面板以及光電器件等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。目前,常用的是錫摻雜氧化銦透明導(dǎo)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(dǎo)電薄膜材料成為研究的熱點(diǎn)之一。 ZnO是一種Ⅱ-Ⅵ族直接寬帶隙半導(dǎo)體材料,納米量級(jí)的氧化鋅具有納米材料和優(yōu)異半導(dǎo)體材料性能,在液晶顯示器保護(hù)膜、太陽(yáng)能光伏電池、保護(hù)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(yīng)用價(jià)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(dǎo)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(xué)和電學(xué)性能,熱穩(wěn)定性好,受到研究者廣泛關(guān)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(xué)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(jiǎn)單、不需要貴重儀器、價(jià)格低廉的優(yōu)點(diǎn),但所制備的薄膜電學(xué)性能較差,制備過(guò)程有待改進(jìn)。本文選用Al離子摻雜ZnO透明導(dǎo)電薄膜為研究對(duì)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(yù)處理溫度、退火溫度、退火氣氛等反應(yīng)參數(shù),制備了ZAO薄膜。借助于X-射線衍射、掃描電鏡等測(cè)試手段,分析了薄膜的微觀結(jié)構(gòu)和物相組成,探討和研究了薄膜的形成過(guò)程和機(jī)制；采用霍爾效應(yīng)測(cè)試儀、紫外-可見分光光度計(jì)、熒光光譜等測(cè)試手段表征和探討了薄膜的電學(xué)性能和光學(xué)性能；嘗試進(jìn)行了在溶膠中加入離子液體對(duì)薄膜性能影響的研究。具體研究?jī)?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(dǎo)電薄膜,研究了溶膠濃度、Al離子摻雜濃度、預(yù)處理溫度、退火溫度、退火氣氛對(duì)薄膜光電性能的影響。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn),溶膠濃度的增加有助于薄膜結(jié)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(shí),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(guò)多的Al離子摻雜會(huì)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(duì)薄膜制備過(guò)程中退火溫度和退火氣氛進(jìn)行研究,發(fā)現(xiàn)當(dāng)退火溫度升高時(shí),原子具有足夠的能量在薄膜表面上成核并移動(dòng)到低能量位置,使薄膜中缺陷減少,提高薄膜結(jié)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(shí),氨氣氣氛下退火可以改善薄膜的微觀結(jié)構(gòu),使顆粒之間形成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò),提高導(dǎo)電性能。所制備薄膜最低電阻率為4.401×10-4Ω·cm,相應(yīng)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(guò)率為83%。 (2)采用水熱法制備了ZAO薄膜。研究了反應(yīng)時(shí)間和A1離子摻雜濃度對(duì)ZAO薄膜的結(jié)構(gòu)、光學(xué)和電學(xué)性質(zhì)的影響。結(jié)果表明,Al離子摻雜濃度對(duì)薄膜的形貌影響很大,得到了幾種不同形態(tài)的ZAO薄膜結(jié)構(gòu)。水熱反應(yīng)時(shí)間對(duì)薄膜的結(jié)晶性和形貌也有明顯影響。通過(guò)控制反應(yīng)時(shí)間,得到了非晶薄膜和多晶薄膜。測(cè)試結(jié)果表明,非晶薄膜可見光透過(guò)率較高。 (3)利用離子液體表面張力低、粘度大的特點(diǎn),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(dǎo)電薄膜。測(cè)試結(jié)果表明離子液體的加入,可以減少鍍膜層數(shù),同時(shí)薄膜生長(zhǎng)取向也發(fā)生改變。所制備出的透明導(dǎo)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(hào)：1825486