摻鈦GZO透明導(dǎo)電薄膜的制備及其性能研究.pdf

1、透明導(dǎo)電氧化物（TCO）薄膜是一種重要的寬禁帶半導(dǎo)體材料，人們對(duì)它的研究可以追溯到19世紀(jì)末。由于TCO薄膜具有良好的光學(xué)和電學(xué)性能，因而被廣泛應(yīng)用于傳感器、平板顯示和太陽能電池等領(lǐng)域。氧化鋅（ZnO）基薄膜的原材料儲(chǔ)量豐富、性價(jià)比高且沒有毒性，近年來在TCO家族中占據(jù)了重要地位。目前，人們對(duì)它的研究主要集中在摻鎵ZnO（GZO）、摻鋁ZnO（AZO）等單元素?fù)诫s方面，而對(duì)于二元摻雜尤其是摻鈦 GZO（GZO:Ti）薄膜的研究報(bào)道很少。

2、因此，本論文選用GZO:Ti透明導(dǎo)電薄膜作為研究對(duì)象。
　　本文采用射頻磁控濺射技術(shù)，以規(guī)格為37.5 mm?2.5 mm?1.1 mm的普通玻璃作為襯底，在不同的沉積溫度、氬氣壓強(qiáng)、濺射功率、靶基距離等工藝參數(shù)下制備了GZO:Ti薄膜樣品。利用 X射線衍射儀（XRD）、X射線光電子能譜儀（XPS）、掃描電子顯微鏡（SEM）、紫外-可見分光光度計(jì)、四探針儀對(duì)樣品進(jìn)行測(cè)試表征，研究了制備工藝參數(shù)對(duì)GZO:Ti薄膜微觀結(jié)構(gòu)和光電性能的

3、影響，獲得了最佳工藝條件。其主要工作及結(jié)論如下：
　?。?）薄膜光電綜合性能的量化表征?；跍y(cè)量的透射率光譜，計(jì)算了薄膜可見光區(qū)域的平均透過率（Tav），并利用外推法提取了薄膜的直接光學(xué)帶隙（Eg）。引入品質(zhì)因數(shù)（?）表征了薄膜的光電綜合性能，通過定量評(píng)價(jià)獲得了 GZO:Ti薄膜的最佳制備工藝參數(shù)，其?值最高為4068.9?-1?cm-1。
　　（2）工藝參數(shù)對(duì)薄膜微觀結(jié)構(gòu)均有明顯影響。微觀測(cè)試分析顯示，所有 GZO:Ti薄

4、膜均存在有（100）、（002）和（004）方向的衍射峰，其中（002）方向衍射峰強(qiáng)度明顯高于其他晶面，并且（002）方向的擇優(yōu)取向度均大于97.1％，具有明顯的（002）擇優(yōu)取向生長特性。另外，沉積溫度、氬氣壓強(qiáng)、濺射功率和靶基距離對(duì)薄膜的晶粒尺寸（D）和壓應(yīng)力（?）具有顯著影響，其D值變化范圍為38.2~85.7 nm、?值變化范圍為0.226~0.443 GPa。
　?。?）工藝參數(shù)對(duì)薄膜光學(xué)性質(zhì)具有不同影響。光學(xué)研究結(jié)果表

5、明，GZO:Ti薄膜的Tav和Eg明顯受到沉積溫度、濺射功率和靶基距離的影響，但它們幾乎不隨氬氣壓強(qiáng)的變化而改變。所有薄膜樣品的Tav均高于80%，透光性能良好；Eg都在3.342 eV以上，大于未摻雜ZnO薄膜的直接光學(xué)帶隙。
　?。?）工藝參數(shù)對(duì)薄膜電學(xué)性質(zhì)具有明顯影響。四探針儀測(cè)試表明，GZO:Ti薄膜的電阻率為10-3??cm數(shù)量級(jí)、品質(zhì)因數(shù)?為1649.7~4068.9?-1?cm-1?？梢?，摻雜有效改善了ZnO薄膜的導(dǎo)

6、電性能，制備工藝參數(shù)對(duì)GZO:Ti薄膜光電綜合性能的影響非常明顯。
　?。?）GZO:Ti薄膜光學(xué)常數(shù)及其折射率色散性質(zhì)的研究。利用光譜擬合法提取了GZO:Ti薄膜的折射率（n）和消光系數(shù)（k），結(jié)果表明n和k隨波長增加而單調(diào)減小，表現(xiàn)為正常色散關(guān)系，同時(shí)其折射率色散行為遵循Wemple-DiDomenico單振子色散模型。
　?。?）制備 GZO:Ti薄膜的最佳工藝條件?；诒∧そY(jié)構(gòu)和光電性能的研究表明：采用1% TiO2