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氧化锌(ZnO)具有典型的六方晶系结构,它属于宽禁带Ⅱ-Ⅵ族。氧化锌是一种极其重要的半导体材料,因其优良的特性而被广泛应用于在电化学领域(如透光电极、太阳能电池等)和传感器领域(如气敏传感器、声表面波器件、紫外探测器等)。作为In2O3∶Sn(ITO)材料有效替代品的ZnO∶Al(AZO)薄膜电阻率低,导电性能良好。AZO薄膜的另一特性就是在可见光区具备极高的透射率,能够作为透明导电氧化物(TCO)材料加以利用。此外制造该薄膜的原材料十分丰富,制备技术成熟,因而有效地控制了生产成本,价格低廉,且在氢等离子体环境中具有高稳定性。目前已开发出多种AZO薄膜的制备方法,其中由于磁控溅射法具有高溅射效率,低衬底温度,非常容易操作,装置性能稳定等优点受到大家青睐,已广泛用于薄膜的制备。 本学位论文在普通载玻片上采用磁控溅射法分别制备了ZnO薄膜与Al掺杂ZnO薄膜。通过相关仪器检测,对所制备的样品的性质进行了研究。主要研究内容和实验结果如下: 1、采用射频磁控溅射方法在普通载玻片上制备了ZnO薄膜,并在400℃条件下作退火处理。利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、荧光/磷光/发光分光光度计和透射谱仪对样品的形貌、结构、PL谱及透光率进行了测试。结果表明:经过退火处理后,薄膜的C轴择优生长更加明显,结晶度提高且薄膜的晶粒尺寸变大,由19.80nm增大到25.19nm;此外,退火使得薄膜的致密性得以显著改善,晶粒排列较为紧密,也具有较好的均匀性,没有明显的空洞和缺陷,更没有裂纹出现;同时其平均透过率在可见光波范围内接近90%,光学带隙宽度略有增大,退火前为3.28eV,退火后为3.30eV;退火后,紫峰变得尖锐,且强度增大。说明本实验中制备的薄膜的结晶质量在退火后得到提高,退火能够实现薄膜的再生长。 2、采用直流和射频磁控溅射方法在普通载玻片上制备出Al掺杂ZnO的多层薄膜(ZnO/Al/ZnO/Al/ZnO/Al/ZnO),先在不同温度条件下(300-600℃)对样品进行退火处理,然后对样品形貌、结构、PL谱及透光率进行了测试。结果表明:ZnO薄膜层与Al薄膜层在一定温度条件下膜层间相互渗透的方法在ZnO薄膜中进行Al掺杂并未使得ZnO的晶体结构发生改变,Al原子在ZnO薄膜中发生的是替位掺杂,部分取代了Zn原子原有的位置;同时,该方法能够有效的阻滞了Al2O3相的生成;600℃高温退火可以更好的改善薄膜的结构,此时薄膜的晶粒尺寸最大,为18.5nm;样品在500℃退火后在可见光范围内平均透光率最高,达到了93%,尤其在520-580nm范围内,甚至达到了97%;所有薄膜样品中都能够观察到只有一个明显的发光峰(390nm的紫外峰)。可知本实验中掺Al的方法及高温退火使得ZnO中的多种本征缺陷浓度发生改变,能够提高AZO薄膜的透光率。