【摘 要】
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本学位论文采用阴极电弧离子镀技术,成功地制备了具有择优结晶取向的透明ZnO薄膜。利用SEM、XRD、XPS、紫外一可见分光光度计及四探针测量等分别对ZnO薄膜的表面形貌、厚度、
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本学位论文采用阴极电弧离子镀技术,成功地制备了具有择优结晶取向的透明ZnO薄膜。利用SEM、XRD、XPS、紫外一可见分光光度计及四探针测量等分别对ZnO薄膜的表面形貌、厚度、微观结构、成分、光学及电学性能等进行了表征和分析,探索和研究了ZnO薄膜的电弧离子镀制备工艺,提出了磁过滤电弧离子镀ZnO薄膜生长增强的机制。
首先,介绍ZnO薄膜最新的研究进展,以及电弧镀技术的特点以及发展。我们按爆炸模型,用流体力学理论估算等离子体中金属离子或原子从爆炸中所获得的速率,估算得到离子速度为104 ms-1数量级,与他人实验中所测到的结果比较接近。
其次,用电弧离子镀可以制备出质量较好的ZnO薄膜,其薄膜容出现(002)择优取向,在可见近红外的平均透过率为80%,电阻率大约为2.0×10-3Ω·cm,n型导电,载流子浓度约为2.0×1020cm-3,光学带隙在3.3~3.4 eV之间。但薄膜表面存在一些大颗粒污染,光学透过性能偏低,能通过调节沉积气压、偏压及退火处理改善薄膜的性能,但程度有限。
再次,研究了磁过滤对ZnO薄膜的表面形貌、微观结构、光电性能等的影响。磁过滤可以有效的去除大颗粒污染,使薄膜表面的大颗粒污染很少、表面平整、可见近红外光平均透过率可提高到90%,ZnO薄膜质量显著提高。采用Ar-N2混合辅助气,增强磁过滤电弧离子镀ZnO薄膜生长。添加一定比例的Ar-N2混合辅助气体,可将磁过滤电弧离子镀ZnO薄膜的沉积速率从纯O2下的10 nm/min提高到35.5 nm/min,同时其结晶也有非常明显的提高。N2在薄膜生长增强中起了关键作用,Ar起了很重要的辅助作用,两者少一不可。
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