论文部分内容阅读
透明导电氧化物(Transparent Conductive Oxide, TCO)薄膜是在可见光透明的宽禁带氧化物半导体薄膜材料,广泛应用于各种光电器件,如太阳能电池,平板显示器,气体传感器和低辐射玻璃等,其中氧化锌(ZnO)是最有开发前景的新型材料之一。ZnO因其独特的光电特性,不仅能制成良好的半导体和压电薄膜,也能通过掺杂使其具有良好的导电性,且原料易得、低廉、毒性小、制备方法多种多样,可以适应不同需求。本文分别研究了溶胶-凝胶法制备锡掺杂氧化锌(ZnO:Sn)透明导电薄膜和磁控溅射法制备锂-钨共掺氧化锌薄膜(LWZO)透明导电薄膜,及其掺杂性能。采用溶胶-凝胶法在石英玻璃衬底上制备掺锡氧化锌透明导电薄膜,研究了不同制备工艺参数对ZnO:Sn薄膜结晶度、微观结构、光电特性的影响,探索出最佳制备工艺：60℃水浴搅拌3小时；Zn2+浓度为0.8mol/L; Sn掺杂浓度为2 at.%；陈化时间为5天；300℃空气环境下干燥10min; 700℃温度下退火1小时；匀胶机在3500 r/min下高速旋转30s完成涂覆；镀膜层数为5层。所制备的ZnO:Sn薄膜结晶性能最优,具有c轴择优取向,其表面平整且簇拥生长,平均透过率达到90%以上,电阻率最小仅为13.6 Ω·cm。采用磁控溅射法在石英玻璃衬底上制备锂、钨共掺氧化锌薄膜。靶材为Li-W共掺ZnO陶瓷靶(99.99%以上,ZnO:Li2O:WO3=97.5:1.5:1),Ar作为溅射气体,研究了不同衬底温度、不同溅射气压等条件下制备LWZO薄膜,通过利用XRD、SEM、 UV-VIS、FTIR.四探针等测试手段对薄膜进行表征。研究表明：衬底温度为120℃、溅射气压为1 Pa、溅射功率1 50 W、溅射时间为60 min,在此工艺参数的基础上制备的LWZO薄膜,能实现Li-W的有效掺杂,晶粒主要为柱状结构；在可见光范围透过率大于84%,在紫外波段显示明显Burstein-Moss shift效应；具有较高的电导特性,约为10-3Ω.cm量级。此外,在磁控溅射制备LWZO薄膜的工艺基础上,探索了在溅射气体Ar中通入H2,通过改变H2的流量,得到不同H离子浓度掺杂的LWZO:H薄膜。结果发现,适当的H化处理可以有效提高薄膜的结晶性,改善表面形貌,并能提高薄膜的透光率,达到85%,降低薄膜的电阻率,最小达到1.2×10-3Ω.cm。