透明氧化物a-IGZO及GeAsSe硫系玻璃薄膜物理性质研究

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非晶材料在人们日常生活以及高技术领域都得到了广泛的使用,由于人们对非晶材料结构的认识还处于初级阶段,没有成熟的理论框架,这使人们更加关注对非晶微观结构的认识。本文研究的非晶材料主要分为两种,即透明氧化物半导体材料以及硫系玻璃。透明氧化物半导体材料(TAOS)是一类重要的光电材料,在薄膜晶体管(TFTs)器件中,TAOS是重要的沟道材料,并被广泛研究用于大尺寸平板显示等领域。IGZO作为透明氧化物半导体材料,由于其具在可见光范围内具有高透过性、工作电压低、加工温度低以及载流子浓度可控等优点而备受关注。此外,与其他材料相比,IGZO可以作为柔性TFTs器件的沟道材料。硫系玻璃是以元素周期表中的第ⅥA族元素中除氧和钋以外的硫、硒、碲三种元素和其它元素(砷、锑、锗等)共同结合形成的材料。关于硫系玻璃的物理性质人们已经研究了六十多年,由于硫系玻璃具有极高的非线性折射率系数、低声子能量、多样的光敏性、优良的透中红外性等特点,使其在相变存储、太阳能电池、传感器以及光电器件等方面受到了广泛的关注和研究。为了研究影响这两种非晶薄膜微观结构的因素,我们以研究薄膜的光电性质为主线,基于微纳材料学科开展研究工作。此外,为了实现功能材料的微小化,我们还探索了用液相激光烧蚀技术制备纳米颗粒的制备工艺。本文主要从以下三个方面进行研究:  (1)混合气氛的配比以及压强对IGZO薄膜制备的影响。采用固相烧结法在常压下制备高质量的IGZO陶瓷靶材,采用脉冲激光沉积(PLD)的方法制备薄膜。为探究混合气氛的配比以及压强对IGZO薄膜光学性能和电学性能的影响,在薄膜沉积过程中通入不同比例的氧气和氩气,改变沉积时的压强,对生长在基片上的IGZO薄膜进行原子力显微镜(AFM)、X射线衍射仪(XRD)、透射光谱以及霍尔效应测试,得到薄膜表面形貌、晶体结构、光学性质、电学性质以及氧空位缺陷等信息。旨在研究混合气氛的配比以及压强如何影响IGZO薄膜的微观结构,从而完善IGZO薄膜制备的最佳条件,在显示平板的生产中有一定意义。  (2)GexAsySe1-x-y硫系玻璃薄膜结构分析。采用热蒸镀法,在石英基底上制备了不同化学组分的GexAsySe1-x-y硫系玻璃薄膜,对不同化学组分GexAsySe1-x-y硫系玻璃薄膜的拉曼光谱进行测量,我们分析了波数在100-350cm-1范围内薄膜拉曼光谱的演变。根据GexAsySe1-x-y硫系玻璃的化学结构特征以及拉曼峰的特征对拉曼光谱进行分峰拟合。旨在分析其化学组分是如何影响薄膜的内部结构以及网络结构中缺陷的形成机理。  (3)液相激光烧蚀法制备ZnS纳米颗粒。研究了液相脉冲激光烧蚀法制备ZnS材料的可能性。采用Nd∶YAG脉冲激光系统的三次谐波355 nm脉冲激光烧蚀浸入水中的ZnS靶材,激光重复频率为10Hz,脉宽为10ns,聚焦前平均功率为500mW。对ZnS纳米颗粒进行投射电子显微镜(HTEM)、选定电子衍射(SAED)以及X射线能谱分析(EDS)测试,得到纳米颗粒的形貌、晶体结构、元素组成等信息,证明制备的纳米颗粒具有闪锌矿结构,平均粒径小于10nm。实验表明,作为一种新型简便的纳米材料制备方法,液相脉冲激光烧蚀技术能够实现多种功能性ZnS纳米材料的制备,具有广阔的研发前景。
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