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ZnO是一种Ⅱ-Ⅵ族直接带隙宽禁带化合物半导体材料,属于六方纤锌矿结构。由于(002)晶面的表面自由能最低,所以晶体具有C轴择优取向的特性。作为直接带隙宽禁带半导体材料,ZnO在光电器件领域具有很大的潜力。掺杂Al、In、Ga等ⅢA族元素原子的ZnO透明导电膜作为一种重要的光电信息材料得到了广泛的研究。本文主要研究超声喷雾热解法制备Al掺杂的ZnO薄膜(ZnO:Al或AZO)的结构和光学性质。AZO薄膜对环境无毒、无污染、稳定性高、易于加工、对微波具有衰减性,而且又具有比ITO薄膜更加突出的光学及电学特性,是具有研究价值的新一代透明导电材料,在未来的科技发展中将成为ITO薄膜最佳的替代者,推动廉价透明导电薄膜的发展。
在论文的第一部分,介绍了纳米材料中ZnO材料的基本性质、特性,掺杂及其在各方面的应用情况。
在论文的第二部分,主要介绍了ZnO薄膜常用的几种制备方法及表征方法。
在论文的第三部分,首先介绍了超声喷雾热解技术的原理,特点及其参数对制备薄膜性能的影响。运用超声喷雾热解法制备了Al掺杂ZnO(AZO)薄膜。利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、光致发光谱(PL)、紫外-可见光(UV-V)分光光谱仪等对制备AZO薄膜进行了表征和性能分析。
实验结果表明,利用超声喷雾热解法制得的AZO薄膜晶体结构和光学特性较好。XRD分析表明,该方法制备的AZO薄膜具有明显的C轴择优取向;UV-V分析表明:AZO薄膜的可见光透射率平均值在80%左右;PL分析表明:AZO薄膜具有很强的近带紫外发光峰。
在论文的第四部分,讨论了超声喷雾热解法制备AZO中,衬底温度和铝掺杂量对薄膜结构和光学性能的影响:衬底温度对AZO薄膜的结晶取向和光学性能有较大的影响;铝掺杂量对薄膜的结晶取向:有较大影响。随着溶液中Al掺杂量的增加,薄膜的透光率呈现先增加后降低的趋势,变化并不大。但Al的掺入导致薄膜的吸收边先向短波长后向长波长方向移动。