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氧化物透明导电膜是重要的光电子信息材料,其导电率接近金属的数值并且在可见光区具有高的透过率。优良的光电特性使透明导电膜在太阳电池、显示器等众多领域得到了广泛的应用。多年来人们对透明导电膜的制备技术和特性进行研究,发展了多种制备氧化物透明导电膜的方法,主要有溅射法、蒸发法和化学气相沉积法等。在本论文中,我们采用射频磁控溅射法在玻璃衬底上制备了MgZnO∶Al透明导电膜,详细叙述了薄膜的制备过程,探索了薄膜的最佳制备条件和工艺参数,并系统地研究了工作气压、溅射功率、衬底温度和退火处理对薄膜的结构、表面形貌以及光电特性的影响。MgZnO是一种新型Ⅱ-Ⅵ族宽禁带三元化合物半导体材料,由ZnO和MgO按一定组分固溶而成,镁离子和锌离子在各自氧化物晶格中互相替换形成替位式混晶。ZnO是纤锌矿结构,六方晶系,MgO是NaCl结构,立方晶系。由于镁离子和锌离子半径接近,形成MgxZn1-xO替位式混晶后引起的晶格畸变较小。通过改变其中Mg和zn的含量配比,可使MgxZn1-xO (0<x<1)的带宽从3.3~7.8eV连续可调,并且其晶格由ZnO的六角纤锌矿结构向MgO的立方结构转变。通过对MgZnO掺杂,可以改善其导电性。在室温下,MgZnO薄膜对可见光的透过率高达85%以上,与纯ZnO相近。MgZnO优良的光电特性,使其在日常生产生活中有重要应用。采用射频磁控溅射法在玻璃衬底上制备出的Mg0.1Zn0.9O∶Al薄膜为多晶膜,具有六角纤锌矿结构和(002)方向的择优取向,衍射角2θ位于34.6°附近。实验结果表明,Mg0.1Zn0.9O∶Al薄膜中没有MgO分离相,表明镁原子占据了六角晶格中锌的位置。不同溅射Ar气压下制备Mg0.1Zn0.9O∶Al薄膜,随着溅射气压的增加,薄膜的衍射峰强度减小,半高峰宽增大。薄膜的电阻率随溅射气压的增大而减小,由2.5Ωcm下降到0.5Ωcm。当溅射气压大于2.5Pa后,薄膜的电阻率略有增大。在可见光区薄膜的平均透过率都达到了90%以上。薄膜的带隙宽度大约为3.62eV。随溅射功率的增大,Mg0.1Zn0.9O∶Al薄膜的生长速率增加,晶化程度变好,晶粒增大。薄膜的电阻率随溅射功率的增大而减小,当溅射功率大于100W后,电阻率略有回升。随溅射功率的增大,薄膜样品在可见光范围内的平均透过率逐渐下降,光学带隙逐渐减小,这可能是由于薄膜厚度变大的缘故。随着衬底温度的增加,薄膜的衍射峰强度逐渐增加,半高峰宽减小,晶化程度变好,衬底温度为180℃时,衍射峰有最小的半高峰宽,此时薄膜的晶粒最大,结晶程度最好,温度继续升高,薄膜的晶化程度略有下降。Mg0.1Zn0.9O∶Al薄膜的电阻率随着衬底温度的升高而逐渐下降,这是由于载流子浓度和迁移率随衬底温度的变化关系所决定的。在衬底温度为180℃时,电阻率达到最小,约为9.0×10-2Ωcm,温度继续升高,电阻率略有回升。薄膜的霍尔迁移率随衬底温度的升高而增大,在衬底温度为180℃时,霍尔迁移率有最大值3cm2V-2s-1。薄膜的载流子浓度随衬底温度的升高也逐渐增大。衬底温度对薄膜的透射率影响不大,平均透射率在90%以上。样品的带隙宽度大约为3.62eV。对Mg0.1Zn0.9O∶Al薄膜进行真空退火处理。随着退火温度的升高,衍射峰的强度增大,半高峰宽减小,晶粒增大,说明薄膜的晶化程度随着退火温度的升高而变好。薄膜的电阻率随着退火温度的升高逐渐降低,最低为1.5×10-2Ωcm。这主要是由载流子浓度的增加和迁移率的提高引起的。真空退火的主要目的就是要减少薄膜中的氧吸附和晶粒间界散射,提高载流子的浓度和迁移率。随着退火温度的升高,薄膜的载流子浓度稍有增加,迁移率明显提高,最高为7cm2V-1s-1。退火后,薄膜的透射率仍保持在90%以上,禁带宽度稍有增加,大小为3.65eV,这是由于带尾态的减少和Burstein-Moss移动引起的。采用射频磁控溅射的方法在玻璃衬底上制备Mg-(0.1)Zn0.9O∶Al薄膜,其最佳的制备工艺参数为:溅射功率100W,溅射气压2Pa,然后在真空中进行400℃退火处理。在上述条件下制备的Mg0.1Zn0.9O∶Al薄膜的电阻率为1.5×10-2Ωcm,载流子浓度为6.5×1019cm-3,霍尔迁移率为7cm2V-1s-1,薄膜在可见光区的平均透过率达到了90%以上,禁带宽度为3.65eV。