ZnO基透明导电薄膜的制备及性能研究

• 作 者: 张天宝
• 机 构: 中国科学院大学
• 出 处: 中国科学院研究生院 中国科学院大学
• 发表日期: 2010年期

近年来,掺杂ZnO透明导电薄膜得到了广泛研究,由于其具有可与氧化铟锡(ITO)相比拟的导电和透光特性,且原料储量丰富、易于制造、成本较低、无毒、热稳定性好,所以有望成为ITO的最佳替代品。　　
溶胶-凝胶法是一种绿色的化学方法,具有制作成本低,适合批量生产,易于制备精确掺杂的薄膜,且成膜均匀等优点,被认为是一种非常合适的制备掺杂ZnO透明导电薄膜的方法。但目前溶胶-凝胶法制备ZnO透明导电薄膜还处于实验室研究阶段,得到的薄膜性能与溅射法还有一定差距,同时溶胶-凝胶法的制备过程比较繁琐,致使制备周期较长。因此,简化溶胶-凝胶法制备薄膜的制备过程,优化制膜条件,制备高性能ZnO透明导电薄膜对于其工业化生产具有重要的意义。　　
本工作选择溶胶-凝胶法制备ZnO透明导电薄膜,通过简化溶胶-凝胶法制备薄膜的制备过程,并将紫外光照射与溶胶-凝胶法结合,通过优化制备条件得到性能优良的ZnO透明导电薄膜。具体的研究内容和结果如下:　　
1.研究不同制备过程对AZO薄膜性能的影响,结果表明采用分层退火的制备工艺,可以简化制备过程,同时又可以得到性能优良的AZO薄膜。　　
2.采用分层退火式溶胶-凝胶法与紫外光照射相结合的方法制备AZO薄膜,研究溶剂、稳定剂、掺杂量、薄膜厚度、干燥温度、干燥时间、退火温度和退火时间等制备条件对AZO薄膜性能的影响,通过优化制备条件得到了最小方阻为2.1×102Ω/□,可见光区透光率大于85％的AZO薄膜。　　
3.系统研究了光照对AZO薄膜性能的影响,结果表明紫外光照射提高了AZO薄膜的导电性能,增大了薄膜的光学禁带宽度,究其因为可能是由于紫外光照射使AZO薄膜吸附的氧解吸,导致薄膜的载流子浓度增加。　　
4.选取过渡元素钇为掺杂元素制备钇掺杂的ZnO透明导电薄膜和钇、铝共掺杂的ZnO透明导电薄膜,初步研究了掺杂量对薄膜电学性能的研究,结果表明,钇掺杂可改善ZnO薄膜的导电性能。而共掺杂法可能是一种能进一步提高ZnO薄膜导电性能的方法。